1.普通異步電機(jī)是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的，不可能完全滿足變頻調(diào)速的要求。以下是變頻器對(duì)電機(jī)的影響

1、電機(jī)的效率和溫升。

無(wú)論哪種變頻器，在運(yùn)行中都會(huì)產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使得電機(jī)在非正弦電壓和電流下運(yùn)行。盡管有資料的介紹，但以常用的正弦波PWM逆變器為例，其低次諧波基本為零，剩余的高次諧波分量約為載波頻率的兩倍，為2u 1(u為調(diào)制指數(shù))。

高次諧波會(huì)引起定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗、鐵耗和附加損耗的增加，其中最顯著的是轉(zhuǎn)子銅(鋁)耗。由于異步電機(jī)以接近基頻的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，高次諧波電壓在以較大的轉(zhuǎn)差率切割轉(zhuǎn)子線棒后會(huì)造成很大的轉(zhuǎn)子損耗。此外，還應(yīng)考慮集膚效應(yīng)引起的額外銅消耗。這些損耗將導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生額外的熱量，降低其效率和輸出功率。比如一臺(tái)普通的三相異步電動(dòng)機(jī)，在變頻器輸出非正弦功率的情況下運(yùn)行，其溫升一般會(huì)增加10%-20%。

2.電機(jī)絕緣強(qiáng)度

目前很多中小型變頻器都采用PWM控制方式。他的載波頻率大約是幾千到十幾千赫茲，使得電機(jī)的定子繞組承受了很高的電壓上升率，相當(dāng)于給電機(jī)施加了一個(gè)很陡的沖擊電壓，使得電機(jī)的匝間絕緣承受了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。另外，PWM逆變器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電機(jī)的運(yùn)行電壓上，會(huì)對(duì)電機(jī)對(duì)地絕緣造成威脅，對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。

3.諧波電磁噪聲和振動(dòng)

當(dāng)普通異步電機(jī)由變頻器供電時(shí)，電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素引起的振動(dòng)和噪聲會(huì)變得更加復(fù)雜。變頻電源中包含的時(shí)間諧波干擾電機(jī)電磁部分固有的空間諧波，形成各種電磁激振力。當(dāng)電磁波的頻率與電機(jī)本體的固有振動(dòng)頻率相同或接近時(shí)，就會(huì)發(fā)生共振，從而增加噪音。由于電機(jī)工作頻率范圍寬，變速范圍大，各種電磁波的頻率很難避開(kāi)電機(jī)各部件的固有振動(dòng)頻率。

4.電機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)的適應(yīng)性

使用變頻器供電后，電機(jī)可以在很低的頻率和電壓下無(wú)沖擊電流啟動(dòng)，變頻器提供的多種制動(dòng)方式可用于快速制動(dòng)，為頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件。因此電機(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(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。

5.低速時(shí)的冷卻問(wèn)題

首先，異步電機(jī)的阻抗并不理想。當(dāng)電源頻率較低時(shí)，電源中的高次諧波造成的損耗較大。其次，普通異步電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成正比減少，導(dǎo)致電機(jī)低速冷卻條件惡化，溫升急劇增加，難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。

6.變頻電機(jī)的工作原理

下圖(a)是拆卸下來(lái)的風(fēng)扇電機(jī)的照片。風(fēng)扇使用變頻電機(jī)，這可以從線圈的位置識(shí)別。下圖(b)是變頻電機(jī)的控制電路板。控制芯片將集成DSP和驅(qū)動(dòng)器的功能，從而簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)控制芯片編程，可以改變電機(jī)速度。

二、變頻電機(jī)的特點(diǎn)

1.電磁設(shè)計(jì)

對(duì)于普通異步電動(dòng)機(jī)，重新設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的主要性能參數(shù)是過(guò)載能力、起動(dòng)性能、效率和功率因數(shù)。然而，變頻電機(jī)

2)為了抑制電流中的高次諧波，需要適當(dāng)增加電機(jī)的電感。但轉(zhuǎn)子槽的漏抗較大，其趨膚效應(yīng)也較大，高次諧波的銅耗也增加。因此，電機(jī)的漏抗要考慮整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。

3)變頻電機(jī)的主磁路一般設(shè)計(jì)成不飽和狀態(tài)。首先，認(rèn)為高次諧波會(huì)加深磁路的飽和。第二，認(rèn)為為了提高低頻時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩，應(yīng)該適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在重新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，主要考慮非正弦電源的特性對(duì)變頻電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)和噪聲冷卻方式的影響。一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)注意以下問(wèn)題：

1)絕緣等級(jí)，一般為F或更高，以加強(qiáng)對(duì)地絕緣和匝間絕緣的強(qiáng)度，特別是考慮絕緣承受沖擊電壓的能力。

2)對(duì)于電機(jī)的振動(dòng)和噪聲，應(yīng)充分考慮電機(jī)部件和整體的剛度，盡可能提高其固有頻率，避免與各種力波共振。

3)冷卻方式：一般采用強(qiáng)制通風(fēng)冷卻，即主電機(jī)的冷卻風(fēng)扇由獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

4)防止軸電流的措施。容量超過(guò)160KW的電動(dòng)機(jī)應(yīng)采取軸承絕緣措施。容易產(chǎn)生磁路和軸電流的不對(duì)稱(chēng)。當(dāng)其他高頻元件產(chǎn)生的電流共同作用時(shí)，軸電流會(huì)大大增加，導(dǎo)致軸承損壞。因此，一般應(yīng)采取絕緣措施。

5)對(duì)于恒功率變頻電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)3000轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，應(yīng)采用耐高溫的專(zhuān)用潤(rùn)滑脂來(lái)補(bǔ)償軸承的溫升。

6)變頻控制原理

Eg=4.44f1N1kn1m

控制公式

eg——定子每相氣隙磁通的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值；

F1 -定子頻率；

N1 -定子每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)；

Kn1 -基波繞組系數(shù)；

——每極的氣隙磁通量；

以下基頻速度調(diào)節(jié)

由“控制公式”可知，只要Eg /f1保持不變，m就可以保持不變。然而，很難直接控制繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)電動(dòng)勢(shì)較高時(shí)，定子繞組的阻抗壓降可忽略不計(jì)，可確定U1Eg，則U1 /f1=常數(shù)；在低頻時(shí)，U1和Eg相對(duì)較小，因此不能忽略。可以人為提高U1來(lái)補(bǔ)償定子繞組的阻抗壓降。

基頻以上速度調(diào)節(jié)

當(dāng)速度被調(diào)節(jié)到高于基頻時(shí)，頻率上升，但是U1不能大于額定電壓U1n。最多只能讓U1=U1n。所以從公式‘控制公式’可以看出，這會(huì)迫使磁通與頻率成反比，相當(dāng)于DC電機(jī)弱磁提速的情況。

綜合以上兩種情況，就可以得到上圖所示的異步電機(jī)變頻調(diào)速特性。這也是變頻電機(jī)調(diào)速的V/F曲線。實(shí)際上，V/F開(kāi)環(huán)控制也遵循這條曲線。

三。實(shí)際應(yīng)用對(duì)比

1.電機(jī)效率和溫升在變頻驅(qū)動(dòng)下，變頻電機(jī)的效率會(huì)高10%左右，而溫升會(huì)低20%左右，特別是在矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制的低頻區(qū)域。

2.對(duì)于需要頻繁啟動(dòng)、頻繁調(diào)速和頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合，變頻電機(jī)優(yōu)于普通電機(jī)。

3.在電磁噪音和振動(dòng)方面，變頻電機(jī)在變頻驅(qū)動(dòng)時(shí)比普通電機(jī)噪音更低，電磁振動(dòng)更小。

4.電機(jī)的絕緣強(qiáng)度。由于變頻電機(jī)是專(zhuān)門(mén)為變頻器的驅(qū)動(dòng)而設(shè)計(jì)的，可以承受較大的du/dt，所以變頻電機(jī)的絕緣強(qiáng)度較高。尤其是在DTC控制模式下，對(duì)電機(jī)的絕緣強(qiáng)度是一個(gè)極大的考驗(yàn)。