变频器对电机性能的影响

神小万 2024-02-20 13:33:08

电机效率和温升

不论采用何种形式的变频器,其运行中均会产生不同程度的谐波电压和电流,导致电动机在非正弦电压、电流下运行。以目前广泛采用的正弦波 PWM 型变频器为例,其低次谐波基本为零,而剩余的高次谐波分量为 2u+1(u 为调制比)。高次谐波会导致电机定子铜耗、转子铜(铝)耗、铁耗及附加损耗的增加,其中转子铜(铝)耗影响尤为显著。由于异步电动机是以接近基波频率对应的同步转速旋转,高次谐波电压切割转子导条后会导致大量转子损耗。此外,集肤效应造成的附加铜耗也需要考虑。这些损耗导致电机额外发热,降低效率,减小输出功率。将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下,其温升一般会增加 10%--20%。

电机绝缘强度

目前中小型变频器多采用 PWM 控制方式,其载波频率约为几千到十几千赫兹,使得电动机定子绕组承受很高的电压上升率,相当于施加陡峭的冲击电压,对电机的匝间绝缘构成严峻考验。此外,PWM 变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上,对电机对地绝缘构成威胁,地绝缘在高压反复冲击下会加速老化。

谐波电磁噪声与震动

采用变频器供电时,普通异步电动机由于各种因素引起的震动和噪声会变得更加复杂。变频电源中的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉,形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率与电动机机体的固有振动频率一致或接近时,会产生共振现象,增大噪声。由于电动机工作频率范围宽,转速变化范围大,各种电磁力波的频率很难避开电动机各构件的固有震动频率。

电机频繁启动、制动的适应能力

采用变频器供电后,电机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动,并可利用变频器提供的各种制动方式进行快速制动,为频繁启动和制动创造了条件。因此,电机的机械系统和电磁系统受到循环交变力的作用,导致机械结构和绝缘结构的疲劳和加速老化问题。

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低转速时的冷却问题

首先,异步电动机的阻抗不理想,当电源频率较低时,电源中高次谐波引起的损耗较大。其次,普通异步电动机在转速降低时,冷却风量与转速的三次方成比例减小,导致电机的低速冷却状况恶化,温升急剧增加,难以实现恒转矩输出。

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神小万

简介:一个电机行业的小透明