變頻電機和普通電機有什么區別
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。
6、變頻電機工作原理
下圖（a）是拆開(kāi)的風(fēng)扇電機的照片，風(fēng)扇采用的是變頻電機，這從線(xiàn)圈所在的位置就可以辨認出來(lái)。下圖（b）是變頻電機控制電路板，控制芯片將集DSP功能與驅動(dòng)器于一體，簡(jiǎn)化了電路結構。通過(guò)對控制芯片編程，可改變電機轉速。
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加。
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。
5）對恒功率變頻電動(dòng)機，當轉速超過(guò)3000/min時(shí)，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。
6) 變頻控制原理
Eg=4.44f1N1kn1фm
控制公式
Eg --氣隙磁通在定子每相中的感應電動(dòng)勢的有效值；
f1 --定子頻率；
N1 --定子每相繞組的串聯(lián)匝數；
kn1 --基波繞組系數；
Φm --每極氣隙磁通量；
基頻以下調速
由式“控制公式”可知，只要Eg /f1保持為常值，就可以保持фm不變。但是，繞組中的感應電動(dòng)勢是很難直接控制的，在電動(dòng)勢較高時(shí)可以忽略定子繞組的阻抗壓降而認定U1≈Eg，則有U1 /f1 = 常值；在低頻時(shí)U1和Eg都比較小，這時(shí)不能忽略，可以人為的抬高U1去補嘗定子繞組的阻抗壓降。
基頻以上調速
當基頻以上調速時(shí)，頻率往上升高，但U1卻不能比額定電壓U1n還要大，頂多只能使 U1 =U1n。因此，由式"控制公式"可知，這將迫使磁通與頻率成反比，相當于直流電機弱磁升速的情況。
將以上二種情況結合起來(lái)就可以得到異步電機如以上圖所示的變頻調速特性。同時(shí)這也是變頻電機調速的V/F曲線(xiàn)圖。在實(shí)際運用中，V/F開(kāi)環(huán)控制也是沿著(zhù)這條曲線(xiàn)進(jìn)行的。
三、實(shí)際應用情況對比
1，電機的效率和溫升在變頻驅動(dòng)下，變頻電機效率會(huì )高10%左右，而溫升會(huì )小20%左右，尤其是在矢量控制或者直接轉矩控制的低頻區域。
2，變頻電機對于需要頻繁啟動(dòng)、頻繁調速、頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合，要優(yōu)于普通電動(dòng)機。
3，在電磁噪聲和振動(dòng)方面，變頻電機在變頻驅動(dòng)時(shí)較普通電動(dòng)機有更低的噪音和更小的電磁振動(dòng)。
4，電動(dòng)機的絕緣強度問(wèn)題。由于變頻電機專(zhuān)為變頻器驅動(dòng)設計，所以能承受較大的du/dt，所以變頻電動(dòng)機的絕緣強度要高。尤其是在DTC控制模式下，對電動(dòng)機的絕緣強度是個(gè)很大的考驗。
5，最主要的區別，還是變頻電動(dòng)機有額外的散熱（采用獨立的軸流風(fēng)機強迫通風(fēng)），在低頻、直流制動(dòng)和一些特殊應用場(chǎng)合下的散熱要大大的優(yōu)于普通的交流異步電動(dòng)機。
Copyright© 2013-2023 上海連航機電科技有限公司 版權所有
地址：上海市寶山區滬太路1866號諾誠M7創(chuàng )意園B區211
電話(huà) (Tel.)：400-135-1288 傳真 (Fax)：400-135-1288 郵箱 (E-mail)：info@linhorn.com
滬公網(wǎng)安備31011302006898號
掃描微信二維碼關(guān)注我們
