變頻器對普通異步電動機的影響

1、一、 變頻器對普通異步電動機的影響1、電動機的效率和溫升的問題2、電動機絕緣強度問題3、諧波電磁噪聲與震動4、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力5、低轉(zhuǎn)速時的冷卻問題二、變頻電動機的特點1、電磁設(shè)計2、結(jié)構(gòu)設(shè)計普通異步電動機與變頻電機的區(qū)別一,普通異步電動機都是按恒頻恒壓設(shè)計的,不可能完全適應變頻調(diào)速的要求.以下為變頻器對電機的影響 1,電動機的效率和溫升的問題 不論那種形式的變頻器,在運行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流,使電動機在非正弦電壓,電流下運行.拒資料介紹,以目前普遍使用的正弦波pwm型變頻器為例,其低次諧波基本為零,剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為:2u+1(u為調(diào)制比)

2、. 高次諧波會引起電動機定子銅耗,轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗,鐵耗及附加損耗的增加,最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗.因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的,因此,高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導條后,便會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗.除此之外,還需考慮因集膚效應所產(chǎn)生的附加銅耗.這些損耗都會使電動機額外發(fā)熱,效率降低,輸出功率減小,如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下,其溫升一般要增加10%-20%. 2,電動機絕緣強度問題 目前中小型變頻器,不少是采用pwm的控制方式.他的載波頻率約為幾千到十幾千赫,這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率,相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電

3、壓,使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗.另外,由pwm變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上,會對電動機對地絕緣構(gòu)成威脅,對地絕緣在高壓的反復沖擊下會加速老化. 3,諧波電磁噪聲與震動 普通異步電動機采用變頻器供電時,會使由電磁,機械,通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加復雜.變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉,形成各種電磁激振力.當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時,將產(chǎn)生共振現(xiàn)象,從而加大噪聲.由于電動機工作頻率范圍寬,轉(zhuǎn)速變化范圍大,各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構(gòu)件的固有震動頻率. 4,電動機對頻繁啟動,制動的適應能

4、力 由于采用變頻器供電后,電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動,并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動,為實現(xiàn)頻繁啟動和制動創(chuàng)造了條件,因而電動機的機械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下,給機械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題. 5,低轉(zhuǎn)速時的冷卻問題 首先,異步電動機的阻抗不盡理想,當電源頻率較底時,電源中高次諧波所引起的損耗較大.其次,普通異步電動機再轉(zhuǎn)速降低時,冷卻風量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小,致使電動機的低速冷卻狀況變壞,溫升急劇增加,難以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出.二,變頻電動機的特點 1,電磁設(shè)計 對普通異步電動機來說,再設(shè)計時主要考慮的性能參數(shù)是過載能力,啟動性能

5、,效率和功率因數(shù).而變頻電動機,由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率,可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近1時直接啟動,因此,過載能力和啟動性能不在需要過多考慮,而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力.方式一般如下: 1) 盡可能的減小定子和轉(zhuǎn)子電阻. 減小定子電阻即可降低基波銅耗,以彌補高次諧波引起的銅耗增 2)為抑制電流中的高次諧波,需適當增加電動機的電感.但轉(zhuǎn)子槽漏抗較大其集膚效應也大,高次諧波銅耗也增大.因此,電動機漏抗的大小要兼顧到整個調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性. 3)變頻電動機的主磁路一般設(shè)計成不飽和狀態(tài),一是考慮高次諧波會加深磁路飽和,二是考慮在低頻時,為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當提高變頻

6、器的輸出電壓. 2,結(jié)構(gòu)設(shè)計 再結(jié)構(gòu)設(shè)計時,主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結(jié)構(gòu),振動,噪聲冷卻方式等方面的影響,一般注意以下問題: 1)絕緣等級,一般為f級或更高,加強對地絕緣和線匝絕緣強度,特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力. 2)對電機的振動,噪聲問題,要充分考慮電動機構(gòu)件及整體的剛性,盡力提高其固有頻率,以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象. 3)冷卻方式:一般采用強迫通風冷卻,即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅(qū)動. 4)防止軸電流措施,對容量超過160kw電動機應采用軸承絕緣措施.主要是易產(chǎn)生磁路不對稱,也會產(chǎn)生軸電流,當其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結(jié)合一起作用時,軸電流將大為增加,從而導致

7、軸承損壞,所以一般要采取絕緣措施. 5)對恒功率變頻電動機,當轉(zhuǎn)速超過3000/min時,應采用耐高溫的特殊潤滑脂,以補償軸承的溫度升高. 同步電動機: 一, 特點: 1, 功率因數(shù)超前,一般額定功率因數(shù)為0.9,有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù),增加電網(wǎng)容量. 2, 運行穩(wěn)定性高,當電網(wǎng)電壓突然下降到額定值的80%時,其勵磁系統(tǒng)一般能自動調(diào)節(jié)實行強行勵磁,保證電動機的運行穩(wěn)定. 3, 過載能力比相應的異步電動機大. 4, 運行效率高,尤其是低速異步電動機. 二, 啟動方式 1, 異步啟動法,同步電動機多數(shù)在轉(zhuǎn)子上裝有類似與異步電機籠式繞組的啟動繞組.再勵磁回路串接約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻來

8、構(gòu)成閉合電路,把同步電動機的定子直接接入電網(wǎng),使之按異步電動機啟動,當轉(zhuǎn)速達到亞同步轉(zhuǎn)速(95%)時,再切除附加電阻. 2, 變頻啟動,用變頻器啟動,不在贅述. 三, 應用 作過油田節(jié)電的師傅都知道,油田的抽油機電機,由于要求的啟動轉(zhuǎn)矩大,工程師設(shè)計時一般將電機設(shè)計的很大,這就出現(xiàn)"大馬拉小車"現(xiàn)象,如:55kw的抽油機電機,再平衡塊基本調(diào)好后,其實際有功一般在十幾個kw,有時還小.我曾做過這樣的改造,將抽油機55kw異步電動機改為22kw同步電機,后用變頻器控制,當然也可以根據(jù)排液量或別的信號進行自動控制.節(jié)電率可達40%. 因此,異步電動機,同步電動機,變頻電動機三者各

9、有特點,主要看您所控制的工況環(huán)境,當然還要根據(jù)工程成本,能用異步電機盡量用異步電動機.事實上，變頻器產(chǎn)生的諧波應嚴格分為兩個部分即:一是輸入端諧波含量指標，指變頻器對電網(wǎng)產(chǎn)生的騷擾作用;二是輸出端諧波含量指標，指變頻器的高頻輻射和對電動機產(chǎn)生的運轉(zhuǎn)脈動性、溫升、絕緣老化、軸承疲勞的副作用。實際上人們都知道變壓器本身在作隔離功能的同時將產(chǎn)生新的諧波源，完全正弦的工頻變壓器都存在的勵磁諧波，那非線性整流疊加的的變壓器怎能完美無諧波。諧波還是有的，可以說:輸入端諧波含量低，符合標準。事實上GB/T14549-93，電能質(zhì)量，公用電網(wǎng)諧波和   一、普通異步電動機都是按恒頻恒壓設(shè)計

10、的，不可能完全適應變頻調(diào)速的要求。以下為變頻器對電機的影響1、電動機的效率和溫升的問題不論那種形式的變頻器，在運行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。拒資料介紹，以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1(u為調(diào)制比)。高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗。因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此，高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導條后，便會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗

11、都會使電動機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%-20%。2、電動機絕緣強度問題目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。另外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機對地絕緣構(gòu)成威脅，對地絕緣在高壓的反復沖擊下會加速老化。3、諧波電磁噪聲與震動普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加復

12、雜。變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構(gòu)件的固有震動頻率。4、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力由于采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現(xiàn)頻繁啟動和制動創(chuàng)造了條件，因而電動機的機械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題。5、低轉(zhuǎn)速時的冷卻問題首先，異步電動

13、機的阻抗不盡理想，當電源頻率較底時，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動機再轉(zhuǎn)速降低時，冷卻風量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小，致使電動機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。二、變頻電動機的特點1、電磁設(shè)計對普通異步電動機來說，再設(shè)計時主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、啟動性能、效率和功率因數(shù)。而變頻電動機，由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率，可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近1時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。方式一般如下：1) 盡可能的減小定子和轉(zhuǎn)子電阻。減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗

14、增2)為抑制電流中的高次諧波，需適當增加電動機的電感。但轉(zhuǎn)子槽漏抗較大其集膚效應也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動機漏抗的大小要兼顧到整個調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。3)變頻電動機的主磁路一般設(shè)計成不飽和狀態(tài)，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當提高變頻器的輸出電壓。2、結(jié)構(gòu)設(shè)計再結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結(jié)構(gòu)、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般注意以下問題：1)絕緣等級，一般為F級或更高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。2)對電機的振動、噪聲問題，要充分考慮電動機構(gòu)件及整體的剛性，盡力提高其固有頻

15、率，以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象。3)冷卻方式：一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅(qū)動。        4)對恒功率變頻電動機，當轉(zhuǎn)速超過3000/min時，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。變頻電機可在0。1HZ-130HZ范圍長期運行，普通電機可在：2極的為20-65hz范圍長期運行.4極的為25-75hz范圍長期運行.6極的為30-85hz范圍長期運行.8極的為35-100hz范圍長期運行5)防止軸電流措施，對容量超過160KW電動機應采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對稱，也會產(chǎn)生軸

16、電流，當其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結(jié)合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。關(guān)于電機恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速的分析 首先要記住一點，我們出廠設(shè)計的電機，都是按照在工頻電壓下（380V，50HZ）的給定下，所得到的額定轉(zhuǎn)速值，如果我們在實際工況當中，沒有達到380V，比如說只有300V,50HZ,那么這是一個欠壓的情況，肯定是不能達到額定的轉(zhuǎn)速值，因為按照這個電機的設(shè)計，50HZ的頻率下，一定要有380V的電壓來勵磁，如今沒有在額定電壓下，沒有達到應有的磁場強度，磁通偏小，那么肯定會影響速度的，不能因為那個60f/p這個公式來看速度的變化。又比如說在380V的40H

17、Z的輸入的情況下，根據(jù)公式E=K*F*Q，E不變，f降低了，那么Q磁通變大了，這是一種過壓的情況，過大的勵磁，磁通在長時間下，會使電機發(fā)熱并有可能燒毀的。所以說磁通這個值不能過大，這個值是根據(jù)我們電機在設(shè)計的時候就決定了其承載磁通能力。我們通常在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時（50HZ以下），此時的磁通為額定磁通，也稱為滿磁，如果電壓/頻率變大，則會超過這個磁通值，造成電機發(fā)熱。下面說恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速    恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，就是說讓磁通保持一個不變的值，V/F=Q（磁通）是一個不變的值，為什么叫恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，就是說負載的轉(zhuǎn)矩是個定值，我們要求電機輸出的轉(zhuǎn)矩值也是個定值，看公式：T=

18、K*I*Q，如今Q不變，那么電機輸出轉(zhuǎn)矩就和I成正比，因為Q這個值我們通過銘牌就可以計算出來的V(額定電壓)/50HZ，所以在Q確定且不變的情況下，我們線圈的額定電流（不論有無負載，最大通過電流）確定的情況下，該電機能輸出的最大力矩也就能夠確定（也就能確定電機能帶動多大轉(zhuǎn)矩的恒負載），所以我們電機的過流能力就體現(xiàn)了電機的過載（轉(zhuǎn)矩）能力。     在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速下，我們也只需要通過變頻器向電機輸送經(jīng)過調(diào)制的一定頻率的電壓（這個比是磁通，是個定值），負載的轉(zhuǎn)矩也是個定值，那么N一定，T一定，輸入的功率P也就定了。如果F增大，轉(zhuǎn)速N增大，那么功率P也就變大了，

19、因為轉(zhuǎn)矩T是不會因為速度增大而變大的（這個也叫恒轉(zhuǎn)矩負載，如傳送帶。恒轉(zhuǎn)矩負載的特點是負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩總保持恒定或基本恒定。應用的場合比如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載）    還有一點，額定轉(zhuǎn)速這個值是電機空轉(zhuǎn)時所得到的值，這個值對于我們的意義來說，在達到額定電壓的情況下，在達到額定功率的情況下，這個值越大，輸出轉(zhuǎn)矩就越小，這個就是恒功率調(diào)速的一個特點。公式T=9550*P/N(額定轉(zhuǎn)速)。所以在F>50HZ的情況下，（這個時候已經(jīng)輸出為最大功率了），我們在使N變大的時候，要注意T在變小，要避免T太小而小于負

20、載轉(zhuǎn)矩引起事故。在恒功率調(diào)速時，我們是通過減小磁通來達到減小輸出轉(zhuǎn)矩從而提高速度的這樣的過程來調(diào)速，所以這個也叫弱磁調(diào)速。摘錄一：     恒轉(zhuǎn)矩負載的特點是負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)，任何轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩總保持恒定或基本恒定。應用的場合比如傳送帶、攪拌機，擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載。     恒功率負載的特點是比如機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等要求的轉(zhuǎn)矩，大體與轉(zhuǎn)速成反比，這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質(zhì)應該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時，受機械強度的限制，轉(zhuǎn)矩不可能無限增大，在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。     負載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動方案的選擇有影響，電動機在恒磁通調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而在弱磁調(diào)速時，最大容許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比，屬于恒功率調(diào)速。如果電動機的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時，即所謂"匹配"的情況下，電動機的容量和變頻器的容量均最小。這一點從直流電機特性來理解更容易。除了上述兩類負載一般還有風機、泵類負載，他的特點是轉(zhuǎn)矩和速度的2次方成正