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變頻器對(duì)電機(jī)的影響與存在問題
變頻器對(duì)電機(jī)的影響
1.電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問題
不論那種形式的變頻器，在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。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(huì)引起電動(dòng)機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅耗；因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)是以接近于基波頻率所對(duì)應(yīng)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(dǎo)條后，便會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗；除此之外，還需考慮因集膚效應(yīng)所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗都會(huì)使電動(dòng)機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通電機(jī)運(yùn)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(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問題
目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制方式。它的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動(dòng)機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當(dāng)于對(duì)電動(dòng)機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓，使電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣承受較為嚴(yán)酷的考驗(yàn)。另外，由PWM 變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓上，這些沖擊電壓不但峰值高而且出的頻率高，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅，對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。
3.諧波電磁噪聲與震動(dòng)
普通電機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)和噪聲變的更加復(fù)雜。變頻電源中含有的各次時(shí)間諧波與電動(dòng)機(jī)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(dāng)電磁力波的頻率和電動(dòng)機(jī)機(jī)體的固有振動(dòng)頻率一致或接近時(shí)，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。由于電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的各構(gòu)件的固有震動(dòng)頻率。
4.軸電壓的增加
軸電壓是指兩個(gè)軸端的電壓或軸與軸之間的電壓，對(duì)于變頻供電的電動(dòng)機(jī)，通常加在電動(dòng)機(jī)上的各相電壓是平衡的，然而由于各相整流元件和控制元件特性的差異，可能出現(xiàn)某瞬間的電壓失衡現(xiàn)象，在軸上產(chǎn)生較大的軸電壓；再加上轉(zhuǎn)子上的諧波電壓會(huì)以軸承油膜為介質(zhì)形成一個(gè)對(duì)地電容，從而產(chǎn)生一容性電流；電流通過軸和軸瓦之間的油膜流動(dòng)，若達(dá)到臨界潤(rùn)滑狀態(tài)，油膜將被破壞，會(huì)有很大的電流流過油膜，從而縮短軸承壽命或損壞軸承合金，發(fā)生事故。
5.電動(dòng)機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力
由于采用變頻器供電后，電動(dòng)機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件，因而電動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題。
6.低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問題
首先，異步電動(dòng)機(jī)的阻抗不盡理想，當(dāng)電源頻率較低時(shí)，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通電機(jī)在轉(zhuǎn)速降低時(shí)，電流和磁通都基本保持不便，但冷卻風(fēng)量卻與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小，致使電動(dòng)機(jī)的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。
普通電機(jī)當(dāng)變頻專用電機(jī)用存在的問題
工廠有很多時(shí)候是用普通電機(jī)當(dāng)做變頻專用電機(jī)來使用的，但是由于普通電機(jī)機(jī)都是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的，不可能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求，性能沒有變頻專用電機(jī)好，頻率太高或太低都會(huì)運(yùn)行不穩(wěn)定，在低頻下轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很大。普通電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速是很高的，當(dāng)電源頻率較底時(shí)，電源中高次諧波所引起的損耗較大，致使電動(dòng)機(jī)溫升增大；另外低頻時(shí)它自帶的風(fēng)扇不足以冷卻自身，更會(huì)加劇電動(dòng)機(jī)溫升的提高；電動(dòng)機(jī)溫升增大會(huì)影響繞組的使用壽命，限制電動(dòng)機(jī)的輸出，嚴(yán)重的甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)。