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变频器调速对交流异步电动机的影响

作者：兆复安点击：次发布时间：2021-09-23

一、普通交流异步电动机是根据恒定频率和恒定电压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。以下是变频器对异步电动机的影响

1. 异步电动机效率和温升问题
无论变频器的形式如何，在运行期间都会产生不同程度的谐波电压和电流，从而致使电机在非正弦电压下工作。根据数据，以目前常用的正弦PWM逆变器为例，低次谐波基本为零，剩余的高次谐波分量约为载波频率的两倍：2u + 1（u对于调制比率）。
高次谐波导致异步电动机定子铜损、转子铜（铝）消耗量、铁损和额外损耗增加，最明显的是转子铜（铝）消耗。由于普通异步电动机以接近基频的同步速度旋转，因此在以较大转差切割转子导条之后，高次谐波电压将导致很大的转子损耗。另外，需要考虑由于趋肤效应导致的额外铜耗。这些损耗将导致电机产生更高的热量，效率下降，并降低输出功率。例如，如果普通的三相异步电动机在变频器的非正弦电源输出下工作，则温升通常增加10％至20％。
兆复安电气介绍变频器对异步电动机的影响.

2. 异步电动机绝缘强度问题
目前，许多中小型逆变器都采用PWM控制。其载波频率约为几千到十千赫兹，这使得电机的定子绕组能够承受高电压上升速率，这相当于对电机施加陡峭的冲击电压，从而使电机的匝间绝缘更为严苛的考验。另外，PWM变频器产生的矩形斩波浪涌电压叠加在电机的工作电压上，对电机对地绝缘构成威胁，高压反复冲击下对地绝缘会加速的老化。
3.谐波电磁噪声和震动
当普通异步电动机由变频器供电时，由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声将会变得更加复杂。变频器输出电源中含有不同频率谐波干扰电动机的电磁部分的固有空间谐波，以形成各种电磁波。当电磁波的频率与电动机本体的固有振动频率一致或接近时，会发生谐振现象，从而增加噪声。由于电动机的工作频率范围宽并且转速范围大，因此各种电磁波的频率难以避开电动机的各个部件的固有震动频率。
4.电机频繁启动与制动的适应性
由于变频器供电，异步电动机可以在非常低的频率和电压下软启动，并且可以通过变频器提供的各种制动方法快速制动，以实现频繁的启动和制动。由此产生条件，使得电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。兆复安电气介绍变频器对异步电动机的影响.

5.低速状态下冷却问题
首先，普通异步电动机的阻抗不理想。当变频器输出低频率时，电源中高次谐波引起的损耗很大。其次，当普通异步电动机的速度降低时，冷却空气量与转速的三方成正比例降低，因此电动机的低速冷却条件恶化，温度急剧上升，并且难以实现恒定的扭矩输出。
二、变频电机的特点
1.电磁设计
对于普通的异步电机，重新设计时要考虑的主要性能因素是过载能力、启动性能、效率和功率因数。变频电机，因为临界滑差率与电源频率成反比，可以在临界滑差率接近1时直接启动。因此，过载能力和起动性能不需要考虑太多，要解决的关键问题是如何改进电动机的非正弦电源适应能力。该方法一般如下：
1）尽可能降低定子和转子的电阻。
降低定子电阻以减少基波的铜损，以补偿由高次谐波引起的铜消耗的增加
2）为了抑制电流中的高次谐波，可适当地增加电动机的电感。然而，转子槽漏抗较大，集肤效应也大，并且高次谐波铜消耗也增加。因此，电动机漏抗的大小应考虑整个速度调节范围内阻抗匹配的合理性。
3）变频电机的主磁路通常设计成不饱和的，不但要考虑高次谐波以加深磁路的饱和度，还要兼顾提升变频器的输出电压以增加低频时的输出转矩。
2.结构设计
在结构设计中，主要考虑的还有非正弦电源特性对变频电动机绝缘结构的影响、振动、噪声冷却方法等，一般要注意以下问题：兆复安电气介绍变频器对异步电动机的影响.

1）绝缘等级，一般为F级或更高，以加强对地绝缘和匝间的绝缘强度，尤其是绝缘耐压的冲击电压能力。
2）电机振动和噪声问题，我们必须充分考虑异步电动机部件和整体的刚性，并尽量提高固有频率，以避免各个力波产生谐振。
3）冷却方式：一般采用强制风冷，即主电机冷却风扇由独立电动机拖动。
4）防止轴电流的措施。对于容量大于160 kW的异步电动机，应采用轴承绝缘措施。主要是由于磁路的不对称性，还产生轴电流，当其他高频分量产生的电流合并时，轴电流会大大升高，导致轴承损坏，因此一般要采取绝缘措施。
5）对于恒功率变频电动机，当转速超出3000r/min时，应使用特殊的耐高温润滑脂来补偿轴承的温升。
三、实际应用比较
1.变频器下电动机的效率和温升，变频电机的效率将提高约10％，温升约小20％，特别是在矢量控制的低频区域或直接转矩控制的低频区域。
2.变频电动机比普通电机要好，优势体现在需要频繁启动、频繁速度调节及频繁制动的场合。
3.在电磁噪声和振动方面，变频电动机比变频驱动的普通电动机噪音低，电磁振动小。
4.电动机绝缘强度的问题。由于变频电动机是为变频器驱动而设计的，它可以承受相对大的du/dt，因此变频电动机的绝缘强度很高。特别是在DTC控制模式下，电机的绝缘强度是一个很大的考验。
5.主要不同在于变频电动机具有额外的散热功能（使用单独的轴流风扇强制风冷），这比普通交流异步电机在低频、直流制动和一些特殊应用中要好得多。
变频电机可在： 0．1HZ--130HZ范围长期运行，
普通电机可在：
2极的为20--65hz范围长期运行.
、 4极的为25--75hz范围长期运行
. 6极的为30--85hz范围长期运行.
8极的为35--100hz范围长期运行.

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