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普通异步电机能否当变频电机使用?

浏览?#38382;?/em> 日期:2018-03-02 09:18:21

普通异步电动机都是按恒频恒压设?#39057;模?#19981;可能完全适应变频调速的要求。 

 

1 变频器对电机的影响

 

1、电动机的效率和温升的问题

 

不论哪种?#38382;?#30340;变频器,在运行中均会产生不同程度的谐波电压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行。

 

据资料介绍,以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例,其低次谐波基本为零,剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为:2U+1(U为调制比)。

 

高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜(铝)耗、铁耗及附加损耗的增加,最为显著的是转子铜(铝)耗。

 

因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的,因此,高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后,便会产生很大的转子损耗。

如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,其温升一般要增加10%~20%。

 

2、电动机绝缘强度问题

 

目前?#34892;?#22411;变频器,不少是采用PWM的控制方式。

 

它的载波频率约为几千到十几千赫,这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率,相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压,使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。

 

另外,由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,会对电动机对地绝缘构成威胁,对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。

 

3、谐波电磁噪声与震动

 

普通异步电动机采用变频器供电时,会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。

 

变频电源中含有的各?#38382;?#38388;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。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时,将产生共振现象,从而加大噪声。

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。

 

4、电动机对频繁启动、制动的适应能力

 

由于采用变频器供电后,电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动,并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件,因而电动机的机械?#20302;?#21644;电磁?#20302;?#22788;于循?#26041;?#21464;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。

 

5、低转速时的冷却问题

 

首先,异步电动机的阻抗不尽理想,当电源频率较低时,电源中高次谐波所引起的损耗较大。

 

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,致使电动机的低速冷却状况变坏,温升?#26412;?#22686;加,难以实现恒转矩输出。

2 变频电动机的特点

 

1、电磁设计

 

对普通异步电动机?#27492;擔?#22312;设计时主要考虑的性能?#38382;?#26159;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?#25512;?#21160;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:

 

尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增。

 

为?#31181;?#30005;流中的高次谐波,需适当增加电动机的电?#23567;?#20294;转子槽漏抗较大其集肤效应也大,高次谐波铜耗也增大。因此,电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

 

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?#32321;?#21644;;二是考虑在?#25512;?#26102;,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:

 

绝缘等级,一般为F级或更高,加强对地绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝?#30340;?#20914;击电压的能力。

 

对电机的振动、噪声问题,要充分考虑电动机构件及整体的?#25307;裕?#23613;力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振现象。

 

冷却方式:一般采用?#31185;?#36890;风冷却,即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

 

防止轴电流措施,对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对?#30130;不?#20135;生轴电流,当其它高频分量所产生的电流结?#24358;?#36215;作用时,轴电流将大为增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。

 

对恒功率变频电动机,当转速超过3000/MIN时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。

4 同步电动机

 

1、特点

 

功率因数超前,一般额定功率因数为0.9,有利于改善电网的功率因数,增加电网容量。

 

运?#24418;?#23450;性高,当电网电压突然下降到额定值的80%时,其励磁?#20302;?#19968;般能自动调节实行强行励磁,保证电动机的运?#24418;?#23450;。

 

过载能力比相应的异步电动机大。

 

运行效率高,尤其是低速异步电动机。

 

2、启动方式

 

异步启动法。同步电动机多数在转子上装有类似于异步电机笼式绕组的启动绕组。在励磁回?#21453;?#25509;约为励磁绕组电阻值10倍的附加电阻来构成闭合电路,把同步电动机的定子直接接入电网,使之按异步电动机启动,当转速达到亚同步转速(95%)时,再?#35856;?#38468;加电阻。

 

变频启动。用变频器启动,不在赘述。

做过油田节电的师傅都知道,油田的抽油机电机,由于要求的启动转矩大,工程师设计时一般将电机设?#39057;?#24456;大,这就出现“大马拉小车”现象,如:55KW的抽油机电机,平衡块基本调好后,其?#23548;?#26377;功一般在十几个千瓦,有时还小。

 

有人曾做过这样的改造,将抽油机55KW异步电动机改为22KW同步电机,后用变频器控制,当然也可以根据排液量或别的信号进行自动控制,节电率可达40%。

 

因此,异步电动机、同步电动机、变频电动机三者各有特点,主要看所控?#39057;?#24037;况环境,当然还要根据工程成本,能用异步电机尽量用异步电动机。

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