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变频电机是可以根据工作需要,通过改变电机的频率来达到所要的转速要求,可进行转速的调节;而普通电机转速固定无法调节,如果强制变频调节会对电机造成不同程度的损伤甚至烧毁。普通电动机是按恒频恒压设计的,不可能完全适应变频器调速的要求,因此不能当做变频电机使用。

变频电机与普通电机相比,从外形上看,没有太大的区别,但两者从性能和使用方面有较大的差异。变频电机由变频电源或变频器供电,电机的转速可变化,有恒转矩和恒功率变频电机,而普通电机则是由工频电源供电,其额定转速是相对固定的。

电动机的性能与变频器的特性密切相关。电动机应由适合的变频器供电,并在同一个载波频率下进行试验。原则上规定,应使用与被试电动机实际运用配套使用的变频器提供试验电源,否则应考虑试验结果与现场运行时性能数据的差异性。

变频电机的特点

电磁设计

1)尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增大。

2)为抑制电流中的高次谐波,需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大,高次谐波铜耗也增大。因此,电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

3)变频电机的主磁路一般设计成不饱和状态,一是考虑高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时,为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

变频控制原理

Eg=4.44f1N1kn1фm

控制公式

Eg --气隙磁通在定子每相中的感应电动势的有效值;

f1 --定子频率;

N1 --定子每相绕组的串联匝数;

kn1 --基波绕组系数;

Φm --每极气隙磁通量;

结构设计

在结构设计时,主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响,一般注意以下问题:

1)绝缘等级,一般为F级或更高,加强对地绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。

2)对电机的振动、噪声问题,要充分考虑电动机构件及整体的刚性,尽力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振现象。

3)冷却方式:一般采用强迫通风冷却,电机散热风扇采用独立的电机驱动。

4)防止轴电流措施,对容量超过160KW的电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称,也会产生轴电流,当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时,轴电流将大为增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。

1 变频器对电机的影响主要在电动机的效率和温升

变频器在运行中能产生不同程度的谐波电压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行,里面的高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗增加,最为显著的是转子铜耗,这些损耗会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减小,普通电动机温升一般要增加10%——20%。

2 电动机的绝缘强度问题

变频器载波频率从几千到十几千赫,使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率,相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压,使电动机的匝间绝缘承受较为严重的考验。

3 谐波电磁噪声与震动

普通电动机采用变频器供电时,会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次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,从而加大噪声。由于电动机的工作频率范围宽,转速变化范围大,各种电磁力波的频率很难避开电动机的各结构件的固有振动频率。

4 低转速时的冷却问题

当电源频率较低时,电源中的高次谐波所引起的损耗较大;其次变通电机转速降低时,冷却风量与转速的三次方成正比减小,致使电机热量散发不出去,温升急剧增加,难以实现恒转矩输出。

5 针对以上情况,变频电机采用以下设计

1、尽可能减小定子和转子电阻,降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增加。

2、主磁场不饱和设计,一是考虑高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时为了提高输出转矩可适当提高变频器的输出电压。

3、结构设计,主要是绝缘等级提高;对电动机的振动、噪声问题充分考虑;冷却方式采用强迫通风冷却,即主电机散热风扇采用独立的电机驱动方式,强冷风扇的作用就是为了保证电机在低转速下的冷却。

4、变频电机的线圈分布电容小一点,矽钢片的电阻大些,这样高频脉冲对电机的影响就小了,电机的电感滤波效果要好些。

5、普通电机即工频电机只需要考虑启动过程和工频一个点的工作情况,然后设计电机;而变频电机需要考虑启动过程和变频范围内的所有点工作情况,然后设计电机。

6、为了适应变频器输出的PWM调宽波模拟正弦交流电含有大量谐波,专门制作的变频电机,其作用实际上可理解为电抗器加普通电机。

如何区分普通电机和变频电机?

一.普通电机和变频电机结构上的区别

1.绝缘等级要求更高

一般变频电机的绝缘等级为F级或更高,加强对地绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。

变频电机由于要承受高频磁场,所以绝缘等级要比普通电机高,变频电机槽绝缘、电磁线都有特殊要求,以提高高频冲击波的耐受能力。

2.变频电机的振动、噪声要求更高

变频电机要充分考虑电动机构件及整体的刚性,尽力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振现象。

3.变频电机冷却方式不同

变频电机一般采用强迫通风冷却,即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

普通电机风扇随电机转子同时转动,而变频电机中是靠另外的轴流风机散热,分机的转速是固定的,能保证电机低速运行时的散热需求。因而,普通风机被变频使用且低速运行时,可能会因过热而烧掉。

4.保护措施要求不同

对容量超过160KW变频电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称,也会产生轴电流,当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时,轴电流将大为增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。对恒功率变频电动机,当转速超过3000/min时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。

变频电机可在其调速范围内任意调速,且电机不会损坏,而一般工频电机只能在额定电压和额定频率条件下运行。部分电机厂家设计了调节范围较小的宽频普通电机,能保证小范围的变频使用,但范围不能太大,否则电机会因发热甚至烧毁。

5.散热系统不同

变频电机散热风扇采用独立电源供电,保证持续的散热能力。

二.普通电机和变频电机设计上的区别

1.电磁设计

对普通异步电动机来说,在设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机,由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不在需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。

2.结构设计

在结构设计时,主要也是要考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响。

如果将工频电机变频使用的话这就是其中一个很严重的问题,在电机低频运行的时候电机转速很低,而这个时候电机本身的发热量是的时候,如果是工频电机的话通风风量反而变得比较小,这会造成风机散热不够引起电机过热。

变频器为何能节能?

变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上。为了保证生产的可靠性,各种生产机械在设计配用动力驱动时,都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时,除达到动力驱动要求外,多余的力矩增加了有功功率的消耗,造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量,其输入功率大,且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时,如果流量要求减小,通过降低泵或风机的转速即可满足要求。

综观工业应用中所有电机能耗,大约有70%的电机都是应用于风机和泵类负载,该类负载的节能减排,所带来的好处显而易见:巨大的经济效益和可持续发展社会效应。恰恰基于以上目的,交流电机变频调速应用极其广泛。比如说变频空调,当空调设置的温度降低时,只需要控制电动机的转速降低,减少输出的驱动功率即可。

除了节能、便于推广应用,变频调速异步电动机具有软启动优势,不必考核启动性能,唯一需要解决的关键问题就是:必须加强改善电动机对非正弦波电源的适应能力。