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变频器对电机影响
作者:山东西子电机 发布日期:2019-07-13 05:58

  

  
  
 
  一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计,不可能完全适应变频调速要求。高压电动机差动保护装置发电机两端流过方向相同、大小相等的电流称为穿越性电流,而方向相反的电流称为非穿越性电流。作为主保护,发电机比率制动差动保护是以非穿越性电流作为动作量、以穿越性电流作为制动量,来区分被保护元件的正常状态,故障状态和非正常运行状态的。以下为变频器对电机影响:
1、电动机效率(efficiency)和温升问题
那种形式变频器,运行中均产生不同程度谐波电压和电流,使电动机非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍,以目前普遍使用正弦波PWM型变频器为例,其低次谐波基本为零,剩下比载波频率大一倍左右高次谐波分量为:2u+1(u为调制比)。
高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子(rotor)铜(铝)耗、铁耗及附加损耗增加,最为显著是转子铜(铝)耗。异步电动机是以接近于基波频率所对应同步转速旋转,高次谐波电压以较大转差切割转子导条后,便会产生很大转子损耗。除此之外,还需考虑因集肤效应所产生附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减小,如将普通三相异步电动机运行于变频器输出非正弦电源条件下,其温升一般要增加10%——20%。
2、电动机绝缘强度问题
目前中小型变频器,不少是采用PWM控制(control)方式。高压电机指额定电压在1000V以上电动机。常使用的是6000V和10000V电压,由于国外的电网不同,也有3300V和6600V的电压等级。高压电机分为:高压同步电机;高压异步电机;高压异步绕线式电动机;高压鼠笼型电机等。他载波频率约为几千到十几千赫,这就使电动机定子绕组要承受很高电压上升率,相当于对电动机施加陡度很大冲击电压,使电动机匝间绝缘承受较为严酷考验。另外,由PWM变频器产生矩形斩波冲击电压叠加电动机运行电压上,会对电动机对绝缘构成威胁,对绝缘高压反复冲击下会加速老化。
3、谐波电磁噪声与震动
普通异步电动机采用变频(frequency conversion)器供电时,会使由电磁、机械、通风等因素(factor)所引起震动和噪声变更加复杂。变频电源中含有各次时间谐波与电动机电磁部分固有空间谐波相互干涉,形成各种电磁激振力。当电磁力波频率和电动机机体固有振动频率一致或接近时,将产生共振现象,加大噪声。电动机工作频率范围宽,转速变化范围大,各种电磁力波频率很难避开电动机各构件固有震动频率。
4、电动机对频繁启动、制动适应能力
采用变频器供电后,电动机可以很低频率(frequency)和电压下以无冲击电流(Electron flow)方式启动,并可利用变频器所供各种制动方式进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件,电动机机械系统和电磁系统处于循环交变力作用下,给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。
5、低转速时冷却问题
首先,异步电动机阻抗不尽理想,当电源频率较底时,电源中高次谐波所引起损耗较大。其次,普通异步电动机再转速降低时,冷却风量与转速三次方成比例减小,致使电动机低速冷却状况变坏,温升急剧增加,难以实现恒转矩输出。

  二、变频电动机特点
1、电磁设计
  对普通异步电动机来说,再设计时主要考虑(consider)性能参数是过载能力、启动性能、效率(efficiency)和功率因数。而变频电动机,临界转差率反比于电源频率,可以临界转差率接近1时直接启动,过载能力和启动性能不需要过多考虑,而要解决关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源适应能力。方式一般如下:
  1) 尽可能减小定子(组成:定子铁芯、定子绕组和机座)和转子电阻。
  减小定子电阻即可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起铜耗增
  2)为抑制电流(Electron flow)中高次谐波,需适当增加电动机电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大,高次谐波铜耗也增大。电动机漏抗大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配合理性。
  3)变频电动机主磁路一般设计成不饱和状态,一是考虑(consider)高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑低频时,提高输出转矩而适当提高变频器输出电压。
2、结构设计
  再结构设计时,主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面影响,一般注意以下问题:
  1)绝缘(insulated)等级,一般为F级或更高,加强对绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝缘耐冲击电压能力。
  2)对电机振动、噪声问题,要充分考虑电动机构(organization)件及整体刚性,尽力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振现象。
  3)冷却(cooling)方式:一般采用强迫通风冷却,即主电机散热风扇采用独立电机驱动。
  4)防止轴电流措施,对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘(insulated)措施。主易产生磁路不对称(symmetry),也会产生轴电流,当其他高频分量所产生电流结合一起作用时,轴电流将大为增加,导致轴承损坏,一般要采取绝缘措施。
  5)对恒功率(指物体在单位时间内所做的功的多少)变频电动机,当转速超过3000/min时,应采用耐高温特殊润滑脂,以补偿轴承温度升高。
  ,异步电动机,变频电动机二者各有特点,主要看您所控制工况环境,当然还要工程成本,能用异步电机尽量用异步电动机。
附:电机启动方式的规定:
JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》第10.2.1.1条规定:“交流电动机起动时,其端子上的计算电压应符合下列要求:
  (1)电动机频繁起动时,不宜低于额定电压的90%,电动机不频繁起动时,不宜低于额定电压的85%。
  (2)电动机不与照明或其他对电压波动敏感的负荷合用变压器,且不频繁起动时,不应低于额定电压的80%。
  (3)当电动机由单独的变压(气压变量)器(Transformer)供电时,其允许值应按机械要求的起动转矩确定。
  对于低压电动机,还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。”
依据你实际要求选择启动方式。
另外,消防泵等应急设备,应尽量采用全压启动。


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