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普通異步電動機(jī)與變頻電機(jī)的區(qū)別

2020-12-19 14:42:20 800次閱讀

一、普通異步電動機(jī)都是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的

，不可能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求

以下為變頻器對電機(jī)的影響。

1

、電動機(jī)的效率和溫升的問題

不論哪種形式的變頻器

，在運(yùn)行中均會產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機(jī)在非正弦電壓
、電流下運(yùn)行
。

據(jù)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(diào)制比）。

高次諧波會引起電動機(jī)定子銅耗

、轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗
、鐵耗及附加損耗的增加
，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗
。

因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)是以接近于基波頻率所對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此

，高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后
，便會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗。

 

除此之外

，還需考慮因集膚效應(yīng)所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機(jī)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機(jī)運(yùn)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

、電動機(jī)絕緣強(qiáng)度問題

目前中小型變頻器

，不少是采用PWM的控制方式。

它的載波頻率約為幾千到十幾千赫

，這就使得電動機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率
，相當(dāng)于對電動機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓
，使電動機(jī)的匝間絕緣承受較為嚴(yán)酷的考驗(yàn)
。

另外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機(jī)運(yùn)行電壓上

，會對電動機(jī)對地絕緣構(gòu)成威脅
，對地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會加速老化
。

3

、諧波電磁噪聲與震動

普通異步電動機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會使由電磁

、機(jī)械
、通風(fēng)等因素所引起的震動和噪聲變的更加復(fù)雜
。

變頻電源中含有的各次時(shí)間諧波與電動機(jī)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(dāng)電磁力波的頻率和電動機(jī)機(jī)體的固有振動頻率一致或接近時(shí)
，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象
，從而加大噪聲。

由于電動機(jī)工作頻率范圍寬

，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機(jī)各構(gòu)件的固有震動頻率
。

4

、電動機(jī)對頻繁啟動、制動的適應(yīng)能力

由于采用變頻器供電后

，電動機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進(jìn)行快速制動
，為實(shí)現(xiàn)頻繁啟動和制動創(chuàng)造了條件
，因而電動機(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)帶來疲勞和加速老化問題
。

5

、低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問題

首先

，異步電動機(jī)的阻抗不盡理想
，當(dāng)電源頻率較低時(shí)
，電源中高次諧波所引起的損耗較大。

其次

，普通異步電動機(jī)在轉(zhuǎn)速降低時(shí)
，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小
，致使電動機(jī)的低速冷卻狀況變壞
，溫升急劇增加，難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出
。

 

二

、變頻電動機(jī)的特點(diǎn)

1、電磁設(shè)計(jì)

對普通異步電動機(jī)來說

，在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、啟動性能
、效率和功率因數(shù)
。

而變頻電動機(jī)，由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率

，可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近1時(shí)直接啟動
，因此
，過載能力和啟動性能不再需要過多考慮
，而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動機(jī)對非正弦波電源的適應(yīng)能力。方式一般如下：

盡可能的減小定子和轉(zhuǎn)子電阻

。減小定子電阻即可降低基波銅耗
，以彌補(bǔ)高次諧波引起的銅耗增。

為抑制電流中的高次諧波

，需適當(dāng)增加電動機(jī)的電感
。但轉(zhuǎn)子槽漏抗較大其集膚效應(yīng)也大，高次諧波銅耗也增大
。因此
，電動機(jī)漏抗的大小要兼顧到整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。

變頻電動機(jī)的主磁路一般設(shè)計(jì)成不飽和狀態(tài)

，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和；二是考慮在低頻時(shí)
，為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓
。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)

、振動
、噪聲冷卻方式等方面的影響。一般注意以下問題：

絕緣等級

，一般為F級或更高
，加強(qiáng)對地絕緣和線匝絕緣強(qiáng)度
，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。

對電機(jī)的振動

、噪聲問題
，要充分考慮電動機(jī)構(gòu)件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率
，以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象
。

冷卻方式：一般采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動

。

防止軸電流措施

，對容量超過160kW電動機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對稱
，也會產(chǎn)生軸電流，當(dāng)其它高頻分量所產(chǎn)生的電流結(jié)合一起作用時(shí)
，軸電流將大為增加
，從而導(dǎo)致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施
。

對恒功率變頻電動機(jī)

，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3000/min時(shí)，應(yīng)采用耐高溫的特殊潤滑脂
，以補(bǔ)償軸承的溫度升高。

三

、同步電動機(jī)

1

、特點(diǎn)

功率因數(shù)超前，一般額定功率因數(shù)為0.9

，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)
，增加電網(wǎng)容量。

運(yùn)行穩(wěn)定性高

，當(dāng)電網(wǎng)電壓突然下降到額定值的80%時(shí)
，其勵磁系統(tǒng)一般能自動調(diào)節(jié)實(shí)行強(qiáng)行勵磁，保證電動機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定
。

過載能力比相應(yīng)的異步電動機(jī)大

。

運(yùn)行效率高，尤其是低速異步電動機(jī)

。

2

、啟動方式

異步啟動法。同步電動機(jī)多數(shù)在轉(zhuǎn)子上裝有類似于異步電機(jī)籠式繞組的啟動繞組

。在勵磁回路串接約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻來構(gòu)成閉合電路
，把同步電動機(jī)的定子直接接入電網(wǎng)，使之按異步電動機(jī)啟動
，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速（95%）時(shí)，再切除附加電阻
。

變頻啟動

。用變頻器啟動，不在贅述
。

3

、應(yīng)用

做過油田節(jié)電的師傅都知道，油田的抽油機(jī)電機(jī)

，由于要求的啟動轉(zhuǎn)矩大
，工程師設(shè)計(jì)時(shí)一般將電機(jī)設(shè)計(jì)的很大，這就出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象
，如：55kW的抽油機(jī)電機(jī)
，平衡塊基本調(diào)好后，其實(shí)際有功一般在十幾個(gè)千瓦
，有時(shí)還小
。

有人曾做過這樣的改造，將抽油機(jī)55kW異步電動機(jī)改為22kW同步電機(jī)

，后用變頻器控制
，當(dāng)然也可以根據(jù)排液量或別的信號進(jìn)行自動控制，節(jié)電率可達(dá)40%
。

因此

，異步電動機(jī)、同步電動機(jī)
、變頻電動機(jī)三者各有特點(diǎn)
，主要看所控制的工況環(huán)境，當(dāng)然還要根據(jù)工程成本
，能用異步電機(jī)盡量用異步電動機(jī)
。