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变频电机与普通异步电机的区别

发布时间:2015-06-01  阅读:2380次
变频电机与普通异步电机的区别

随着经济的(de)发展,电动机(ji)(ji)已经广泛应用(yong)(yong)于工业(ye)自(zi)动控(kong)制领域中。为了达到最(zui)好(hao)的(de)使用(yong)(yong)效果,选(xuan)取合适的(de)电动机(ji)(ji)成为一(yi)个(ge)很有现实意(yi)义的(de)问题。本文就普通(tong)异(yi)步(bu)电动机(ji)(ji)和变(bian)频电机(ji)(ji)的(de)区(qu)别进行一(yi)个(ge)解(jie)析(xi),希望可以在(zai)实际(ji)应用(yong)(yong)中给(ji)大家带(dai)来(lai)启(qi)发。

普通异步电(dian)动机都(dou)是按(an)恒频恒压设计(ji)的(de),不可能(neng)完全适(shi)应变频调速的(de)要求。

一、变频(pin)器对电机的影响(xiang)。

 

1、电(dian)动机的(de)效率和温升的(de)问题

  

  不(bu)论哪种形式的(de)变频器(qi),在(zai)运(yun)行中均产生不(bu)同程(cheng)度(du)的(de)谐(xie)波(bo)(bo)电压(ya)和电流,使电动(dong)机在(zai)非正弦电压(ya)、电流下运(yun)行。据资料介绍,以目前普遍使用的(de)正弦波(bo)(bo)PWM型(xing)变频器(qi)为(wei)(wei)例,其低次谐(xie)波(bo)(bo)基本(ben)为(wei)(wei)零,剩下的(de)比载波(bo)(bo)频率大一(yi)倍(bei)左右的(de)高次谐(xie)波(bo)(bo)分量为(wei)(wei):2u+1(u为(wei)(wei)调制比)。

  

  高(gao)次(ci)谐波(bo)会(hui)引起(qi)电(dian)动机定子铜(tong)耗(hao)、转(zhuan)子铜(tong)(铝)耗(hao)、铁耗(hao)及附(fu)加(jia)损耗(hao)的(de)增加(jia),最为显著的(de)是(shi)转(zhuan)子铜(tong)(铝)耗(hao)。因(yin)为异(yi)步(bu)(bu)电(dian)动机是(shi)以接近于基(ji)波(bo)频(pin)率(lv)所对应(ying)的(de)同步(bu)(bu)转(zhuan)速旋转(zhuan)的(de),因(yin)此,高(gao)次(ci)谐波(bo)电(dian)压以较大(da)的(de)转(zhuan)差切割转(zhuan)子导(dao)条(tiao)后,便会(hui)产(chan)(chan)生很大(da)的(de)转(zhuan)子损耗(hao)。除(chu)此之外,还(hai)需考虑因(yin)集肤效应(ying)所产(chan)(chan)生的(de)附(fu)加(jia)铜(tong)耗(hao)。这些损耗(hao)都会(hui)使电(dian)动机额外发(fa)热,效率(lv)降低,输出(chu)(chu)功率(lv)减小,如将(jiang)普(pu)通三相异(yi)步(bu)(bu)电(dian)动机运行于变频(pin)器(qi)输出(chu)(chu)的(de)非正弦电(dian)源条(tiao)件下,其温升一般要增加(jia)10%~20%。

  

2、电动机绝缘强度问题

  

  目(mu)前(qian)中(zhong)小型变(bian)(bian)频器(qi),不少是采用PWM的(de)(de)控(kong)制方式(shi)。他的(de)(de)载波(bo)频率(lv)约为(wei)(wei)几千(qian)到十几千(qian)赫(he),这就(jiu)使(shi)得电(dian)(dian)动机(ji)定子绕组(zu)要承受很(hen)高的(de)(de)电(dian)(dian)压上(shang)升率(lv),相当于(yu)对(dui)电(dian)(dian)动机(ji)施加陡度很(hen)大的(de)(de)冲(chong)(chong)击电(dian)(dian)压,使(shi)电(dian)(dian)动机(ji)的(de)(de)匝(za)间绝缘(yuan)承受较为(wei)(wei)严酷的(de)(de)考(kao)验。另外,由PWM变(bian)(bian)频器(qi)产(chan)生的(de)(de)矩形斩波(bo)冲(chong)(chong)击电(dian)(dian)压叠加在(zai)电(dian)(dian)动机(ji)运(yun)行电(dian)(dian)压上(shang),会(hui)对(dui)电(dian)(dian)动机(ji)对(dui)地绝缘(yuan)构(gou)成威胁,对(dui)地绝缘(yuan)在(zai)高压的(de)(de)反(fan)复(fu)冲(chong)(chong)击下会(hui)加速(su)老(lao)化。

  

3、谐波(bo)电磁噪声与震动

  

  普通异(yi)步电(dian)动(dong)机采用(yong)变频(pin)(pin)(pin)器供电(dian)时(shi),会(hui)使由电(dian)磁、机械、通风等因素所引起(qi)的震动(dong)和(he)噪声变的更加复杂。变频(pin)(pin)(pin)电(dian)源中(zhong)含有的各次时(shi)间(jian)谐波(bo)与电(dian)动(dong)机电(dian)磁部分的固(gu)有空间(jian)谐波(bo)相互干涉,形(xing)成(cheng)各种电(dian)磁激振力(li)(li)。当电(dian)磁力(li)(li)波(bo)的频(pin)(pin)(pin)率(lv)和(he)电(dian)动(dong)机机体的固(gu)有振动(dong)频(pin)(pin)(pin)率(lv)一致(zhi)或接近时(shi),将产生共(gong)振现象,从而(er)加大噪声。由于电(dian)动(dong)机工作频(pin)(pin)(pin)率(lv)范围(wei)宽,转速(su)变化范围(wei)大,各种电(dian)磁力(li)(li)波(bo)的频(pin)(pin)(pin)率(lv)很难避(bi)开电(dian)动(dong)机的各构件的固(gu)有震动(dong)频(pin)(pin)(pin)率(lv)。

  

4、电动(dong)(dong)机(ji)对频繁启动(dong)(dong)、制动(dong)(dong)的(de)适应能力

  

由于采用变(bian)频器供(gong)电后,电动(dong)(dong)机(ji)(ji)可以(yi)在很低的(de)(de)频率和电压下以(yi)无冲击电流的(de)(de)方式(shi)启动(dong)(dong),并(bing)可利用变(bian)频器所供(gong)的(de)(de)各种制(zhi)动(dong)(dong)方式(shi)进(jin)行快速制(zhi)动(dong)(dong),为实现频繁启动(dong)(dong)和制(zhi)动(dong)(dong)创(chuang)造(zao)了条(tiao)件(jian),因而电动(dong)(dong)机(ji)(ji)的(de)(de)机(ji)(ji)械(xie)系(xi)统(tong)和电磁系(xi)统(tong)处于循(xun)环交(jiao)变(bian)力的(de)(de)作(zuo)用下,给(ji)机(ji)(ji)械(xie)结构(gou)和绝缘结构(gou)带(dai)来(lai)疲劳和加速老化问题(ti)。(欢迎转载(zai)或分享(xiang),转载(zai)请注明来(lai)自中国压缩机(ji)(ji)网)

 

5、低转(zhuan)速时(shi)的冷却问题(ti)

  

首先,异步电(dian)(dian)动(dong)机的阻抗不尽理想(xiang),当电(dian)(dian)源(yuan)频率较(jiao)底时,电(dian)(dian)源(yuan)中高(gao)次谐波所(suo)引起的损(sun)耗较(jiao)大。其(qi)次,普通异步电(dian)(dian)动(dong)机再转(zhuan)速降低时,冷却(que)风量与转(zhuan)速的三次方成比例减小(xiao),致使电(dian)(dian)动(dong)机的低速冷却(que)状况变坏,温(wen)升急剧增加(jia),难以实(shi)现恒转(zhuan)矩输出(chu)。

一、     变频电(dian)动机的特点:

1、电磁设计
     对普通异步电动机来说,在设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机,由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不再需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下:

  1) 尽可能(neng)的(de)减(jian)小定子(zi)和转(zhuan)子(zi)电阻。减(jian)小定子(zi)电阻即可降低基(ji)波铜耗(hao),以弥补高次谐(xie)波引起的(de)铜耗(hao)增

  2)为抑制电(dian)流中的高次谐波(bo),需适当增加电(dian)动(dong)机(ji)的电(dian)感。但转子(zi)槽漏抗(kang)较大(da)(da)(da)其集肤效应也(ye)大(da)(da)(da),高次谐波(bo)铜耗也(ye)增大(da)(da)(da)。因此,电(dian)动(dong)机(ji)漏抗(kang)的大(da)(da)(da)小要兼顾到整(zheng)个(ge)调速范围(wei)内阻抗(kang)匹配的合理性。

  3)变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态,一是考虑高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时,为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
 2、结构设计
在结构设计时,主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响,一般注意以下问题:

  1)绝(jue)(jue)缘(yuan)等级(ji),一(yi)般为F级(ji)或(huo)更(geng)高,加强(qiang)(qiang)对地绝(jue)(jue)缘(yuan)和线(xian)匝绝(jue)(jue)缘(yuan)强(qiang)(qiang)度,特别要考虑绝(jue)(jue)缘(yuan)耐冲击电压的能力。

  2)对电机(ji)的(de)振动、噪声问题,要充分考虑电动机(ji)构件及整体(ti)的(de)刚性,尽力(li)提高其固有(you)频率,以避开与各次(ci)力(li)波产生共振现象。

  3)冷却(que)方式(shi):一般采(cai)用(yong)强迫通风(feng)(feng)冷却(que),即(ji)主(zhu)电机散热风(feng)(feng)扇采(cai)用(yong)独立的(de)电机驱动(dong)。

  4)防(fang)止轴电(dian)流(liu)措(cuo)施(shi),对容(rong)量超过160kW电(dian)动(dong)机应(ying)采(cai)(cai)用轴承(cheng)绝(jue)缘(yuan)措(cuo)施(shi)。主要是易产(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)磁路(lu)不对称,也会产(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)轴电(dian)流(liu),当其他高频(pin)分量所产(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的电(dian)流(liu)结合一(yi)起作用时(shi),轴电(dian)流(liu)将大为(wei)增加,从而导致轴承(cheng)损坏,所以一(yi)般要采(cai)(cai)取(qu)绝(jue)缘(yuan)措(cuo)施(shi)。

  5)对恒(heng)功率变(bian)频电动(dong)机(ji),当转速超(chao)过3000/min时,应(ying)采用耐高温(wen)的(de)特殊润滑(hua)脂,以补(bu)偿(chang)轴承的(de)温(wen)度升高。

三、普通(tong)异(yi)步电机与(yu)变频电机的(de)主要区别:

  1)在(zai)设计上(shang)(shang)会有些 区别(bie),变(bian)(bian)频电(dian)(dian)机因为考(kao)虑(lv)到谐(xie)波和波形(xing)畸变(bian)(bian)的影响,在(zai)绝(jue)缘和散热等问题(ti)上(shang)(shang)有更严格(ge)的要求。但(dan)是普通三相(xiang)异步电(dian)(dian)动机在(zai)上(shang)(shang)述变(bian)(bian)频范围内,也可以用(yong)变(bian)(bian)频器(qi)驱动,注意散热就可以了,这已很常(chang)用(yong)了,不要在(zai)低频10Hz以下工作。

2)在(zai)结构及选材上(shang)都(dou)有些(xie)区别,主要是为(wei)了(le)考虑散(san)热(re)及高/低(di)频(pin)转矩(ju)等问题(ti),一般变频(pin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)的风机(ji)(ji)(ji)都(dou)是独立供电(dian)(dian)的,不(bu)与转子使用同一根轴。变频(pin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)的频(pin)率范围更(geng)宽(kuan),有的可以达到180HZ以上(shang)。普通(tong)(tong)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)只能(neng)在(zai)50HZ内调(diao)速(su),另外(wai),普通(tong)(tong)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)散(san)热(re)不(bu)如变频(pin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)好。变频(pin)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)可在(zai)低(di)频(pin)1.5HZ左右(you)工作(zuo),普通(tong)(tong)电(dian)(dian)机(ji)(ji)(ji)在(zai)低(di)频(pin)10Hz以上(shang)工作(zuo)。

 四(si)、启动方式

 1、 异(yi)步启(qi)动法,,同(tong)(tong)步电(dian)(dian)动机(ji)多数在转(zhuan)子上装有类似与异(yi)步电(dian)(dian)机(ji)笼式绕组(zu)的(de)启(qi)动绕组(zu)。再励磁(ci)回(hui)路串接约为励磁(ci)绕组(zu)电(dian)(dian)阻(zu)值(zhi)10倍(bei)的(de)附(fu)加电(dian)(dian)阻(zu)来构成(cheng)闭合电(dian)(dian)路,把(ba)同(tong)(tong)步电(dian)(dian)动机(ji)的(de)定(ding)子直接接入电(dian)(dian)网(wang),使之按异(yi)步电(dian)(dian)动机(ji)启(qi)动,当转(zhuan)速达到亚同(tong)(tong)步转(zhuan)速(95%)时,再切(qie)除(chu)附(fu)加电(dian)(dian)阻(zu)。

2、 变频启(qi)动(dong),用变频器启(qi)动(dong),不(bu)再赘述。

 

五、 应用

  

  作过(guo)油(you)田节电(dian)(dian)的(de)(de)(de)师傅都知道,油(you)田的(de)(de)(de)抽油(you)机电(dian)(dian)机,由(you)于要求的(de)(de)(de)启(qi)动(dong)转矩大(da),工程师设计时(shi)一般将(jiang)电(dian)(dian)机设计的(de)(de)(de)很(hen)大(da),这(zhei)就出(chu)现“大(da)马拉(la)小车”现象,如:55kW的(de)(de)(de)抽油(you)机电(dian)(dian)机,在(zai)平衡块基本调好后(hou),其(qi)实际有(you)功一般在(zai)十几个kW,有(you)时(shi)还(hai)小。我(wo)曾做过(guo)这(zhei)样的(de)(de)(de)改造,将(jiang)抽油(you)机55kW异(yi)步(bu)电(dian)(dian)动(dong)机改为22kW同(tong)步(bu)电(dian)(dian)机,后(hou)用变频器(qi)控制,当然也可以(yi)根据排液量(liang)或别(bie)的(de)(de)(de)信号(hao)进行自(zi)动(dong)控制。节电(dian)(dian)率可达(da)40%。

  

  因此,异步电(dian)(dian)动(dong)机、同步电(dian)(dian)动(dong)机、变频电(dian)(dian)动(dong)机三者各(ge)有特点,主(zhu)要看您所控制的工况环境(jing),当然(ran)还要根据工程成(cheng)本,能用异步电(dian)(dian)机尽量用异步电(dian)(dian)动(dong)机。


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