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1、变频器对电机的影响变频器对电机的影响 1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器，在运行中均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。拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1。 高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减
2、小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，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的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就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酷的考验。另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的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时间谐波与
3、电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，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构件的固有震动频率 4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的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，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。 5、低转速时的冷却问题 首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率
4、较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通异步电动机再转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。 变频调速对电机的影响 目前,普通异步电动机都是按恒压设计的,它不完全适应变频调速的要求,具体反映在以下方面。电动机的效率和升温问题;不论何种型式的变频器，在工作中均会产生不同程度的谐波电压和谐波电流，使异步电动机在非正弦电流下运动。以目前比较普遍使用的正弦波PWM变频器为例，其低次谐波基本上为零，剩下的是比载波频率(晶体管开关频率)高1倍左右的高次谐波分量2+1(为调制比)。高次谐波会引起定子铜耗、转子铝耗、铁耗及附加损耗
5、的增加，其中最为显著的是转子损耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因而高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后便产生很大的转子损耗。除此以外，还必须考虑到因集肤效应所产生的附加铜耗。若是异步电动机为改善起动性能而采用了深槽、刀形槽或瓶形槽等转子槽形时，转子铝耗的增加将更大。这些损耗都会使电机额外发热，效率降低，输出下降，如将普通异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其升温一般约增加10%12%。电动机绝缘结构承受冲击电压的能力目前中小容量变频器绝大多数采用PWM控制方式。其载波频率约为几kHz到十几kHz，这就使电动机线圈需要承受很高的电压上升率，即dU/dt值很
6、高，相当于电动机线圈上反复施加电压陡度极大的冲击电压，使电机匝间绝缘承受考验。 另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电机的对地绝缘形成威胁，在高电压的反复冲击下加速老化。谐波电磁噪声与震动当采用变频器供电时，普通异步电动机上由电磁机械和通风等原因所引起的震动和噪音将变得更加复杂。变频器电源中含有的各次谐波与电机电磁部分的固有谐波相互干扰，形成各种电磁激震力，当电磁力波的频率和结构件的固有震动频率一致或接近时，将产生共振现象，加大噪声。由于电机工作的频率范围宽，转速变化的范围大，各种电磁力波的频率很难避开电机各种结构件的固有频率。普通异步电动机用变频器供电时的噪
7、声，比用电网供电时一般约增加1015dB左右。电动机对频繁起制动的适应能力采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式起动，并可以利用变频器所提供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁起制动创造了良好的条件。例如：应用在钢厂辊道上及转炉倾动上的变频电动机，起制动或正反转的次数可达到数百上千次，因而，电动机的结构系统和电磁系统处于循环交变的作用下，给电动机的机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。低速时的冷却问题在电源频率较大时，因普通异步电动机的阻抗不尽理想，使电源中高次谐波所引起的损耗较大；其次，自带风扇的普通异步电动机在转速降低时，冷却风量将与转速的3次方成比例减少
8、，这必将使电动机的低速温升急剧增加，而难以实现恒转矩输出。 变频调速电动机的应用分析 采用变频器对三相异步电动机实行变频变压调速，在额定频率以下可得恒转矩特性；在额定频率以上可得恒功率特性。但是，无论何种形式的变频器，其输出电压和电流中，均含有高次谐波，与通常电网供电的正弦波有着较大的差别。而且，由于调速过程中供电频率需在一个较大的范围内变化，因而电动机的运行特性会有相应的改变。 变频调速异步电动机转矩转速特性根据电机原理和三相异步电动机的T型等值电路，异步电动机的转矩M与转差率S的关系为： 相数；P1极对数；Em感应电势，Em=4.44f1Kdp1W1；f1电源频率；r2、L2T型等值电路中
9、算到定子边的转子电阻和电感；f1T型等值电路中的频率； Kdp1定子绕组的绕组系数； W1定子绕组的每极匝数；磁通量。最大转矩Mm与产生最大转矩时的转差率Sm分别为： 由此可见，变频调速异步电动机的转矩特性，应是Em/f1与转子电流频率Sf1的函数，只要保持Em/f1不变，即保持气隙磁通不变，转矩就成为转差频率(即转子电流频率)Sm的函数。而最大转矩则直接与Em/f1相关。如能保持Em/f1为常数，那么最大转矩就可保持恒定。而且，由于临界转差率Sm是电源频率的函数，因此，当电源频率改变时，Sm也随之改变。这样，就为异步电动机的起动创造了良好的条件。如果能保持Em/f1不变，并选择适当的起动频率
10、，使Sm接近于1，电机就有可能在较低的起动频率和相应电压下以最大转速起动，不会像恒频恒压供电时那样由于全压起动，而给电网带来数倍于电机额定电流的启动电流的冲击。 在变频器中，若用U1/f1代替Em/f1进行恒转矩控制，当电压U1随f1成比例地减小时，由于定子阻抗压降的存在，将使Em/f1磁通减小，转矩降低。为了补偿这一变化，一般变频器都采用了在低速范围内适当提高U1/f1的控制方式。但是，必须注意，U1/f1值太大会造成轻载时的过激励，使电路饱和，励磁电流增加。以上用恒定磁通实现恒转矩调速的分析，仅限于额定功率以下的情况。当速度调节达到额定转速时，电压已经达到额定值，不能再随着频率的升高而增加。因此，在变频调速系统中，当频率从额定值往上调时，电压需保持稳定。故磁通及转矩将随着频率的升高而减小，即对电机进行“弱磁控制”，传动系统将处于恒功率状态下运行。
