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行業(yè)視點(diǎn)
變頻器技術(shù)對電機行業(yè)的影響。
內容簡(jiǎn)介: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(dòng)機定子繞組要承受很高的電壓上升率,相當于對電動(dòng)機施加陡度很大的沖擊電壓,使電動(dòng)機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。
一、普通異步電動(dòng)機都是按恒頻恒壓設計的,不可能完全適應變頻調速的要求。

以下為變頻器對電機的影響: 

1、電動(dòng)機的效率和溫升的問(wèn)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(dòng)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為調制比)。

      高次諧波會(huì )引起電動(dòng)機定子銅耗、轉子銅(鋁)耗、鐵耗及附加損耗的增加,最為顯著(zhù)的是轉子銅(鋁)耗。因為異步電動(dòng)機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的,因此,高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后,便會(huì )產(chǎn)生很大的轉子損耗。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(huì )使電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機絕緣強度問(wèn)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(dòng)機定子繞組要承受很高的電壓上升率,相當于對電動(dòng)機施加陡度很大的沖擊電壓,使電動(dòng)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(dòng)機運行電壓上,會(huì )對電動(dòng)機對地絕緣構成威脅,對地絕緣在高壓的反復沖擊下會(huì )加速老化。  

3、諧波電磁噪聲與震動(dòng)

      普通異步電動(dòng)機采用變頻器供電時(shí),會(huì )使由電磁、機械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)和噪聲變的更加復雜。變頻電源中含有的各次時(shí)間諧波與電動(dòng)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(dòng)機機體的固有振動(dòng)頻率一致或接近時(shí),將產(chǎn)生共振現象,從而加大噪聲。由于電動(dòng)機工作頻率范圍寬,轉速變化范圍大,各種電磁力波的頻率很難避開(kāi)電動(dòng)機的各構件的固有震動(dòng)頻率。  

4、電動(dòng)機對頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應能力

      由于采用變頻器供電后,電動(dòng)機可以在很低的頻率和電壓下以無(wú)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)現頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng )造了條件,因而電動(dòng)機的機械系統和電磁系統處于循環(huán)交變力的作用下,給機械結構和絕緣結構帶來(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。  

5、低轉速時(shí)的冷卻問(wèn)題

首先,異步電動(dòng)機的阻抗不盡理想,當電源頻率較底時(shí),電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次,普通異步電動(dòng)機再轉速降低時(shí),冷卻風(fēng)量與轉速的三次方成比例減小,致使電動(dòng)機的低速冷卻狀況變壞,溫升急劇增加,難以實(shí)現恒轉矩輸出。

二、變頻電動(dòng)機的特點(diǎn)

1、電磁設計

      對普通異步電動(dòng)機來(lái)說(shuō),再設計時(shí)主要考慮的性能參數是過(guò)載能力、啟動(dòng)性能、效率和功率因數。而變頻電動(dòng)機,由于臨界轉差率反比于電源頻率,可以在臨界轉差率接近1時(shí)直接啟動(dòng),因此,過(guò)載能力和啟動(dòng)性能不在需要過(guò)多考慮,而要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何改善電動(dòng)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大。


      2)為抑制電流中的高次諧波,需適當增加電動(dòng)機的電感。但轉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(dòng)機漏抗的大小要兼顧到整個(gè)調速范圍內阻抗匹配的合理性。

      3)變頻電動(dòng)機的主磁路一般設計成不飽和狀態(tài),一是考慮高次諧波會(huì )加深磁路飽和,二是考慮在低頻時(shí),為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。

2、結構設計

      再結構設計時(shí),主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動(dòng)、噪聲冷卻方式等方面的影響,一般注意以下問(wèn)題:  

      1)絕緣等級,一般為F級或更高,加強對地絕緣和線(xiàn)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(dòng)、噪聲問(wèn)題,要充分考慮電動(dòng)機構件及整體的剛性,盡力提高其固有頻率,以避開(kāi)與各次力波產(chǎn)生共振現象。  

      3)冷卻方式:一般采用強迫通風(fēng)冷卻,即主電機散熱風(fēng)扇采用獨立的電機驅動(dòng)。

      4)防止軸電流措施,對容量超過(guò)160KW電動(dòng)機應采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對稱(chēng),也會(huì )產(chǎn)生軸電流,當其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結合一起作用時(shí),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。
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  西安西瑪電機有限公司生產(chǎn)的交流電機使用和控制非常方便。具有自動(dòng)啟動(dòng)、加速、制動(dòng)、倒車(chē)、保持等功能,可滿(mǎn)足各種操作需要。電機工作效率高,無(wú)煙、無(wú)臭、無(wú)污染。環(huán)境和噪音也很低。由于其諸多優(yōu)點(diǎn),廣泛應用于工農業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、商業(yè)、家用電器、醫療電器等領(lǐng)域。
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