【壓縮機網(wǎng)】普通異步電動(dòng)機都是按恒頻率、恒電壓運行方案設計的，額定工作點(diǎn)附近比較窄的區域內能夠按設計預期高效運行，一般不宜用于寬范圍變頻調速。有些客戶(hù)基于成本的考慮，直接拿普通異步電動(dòng)機當變頻電機用，導致電機故障頻發(fā)或使用壽命縮短。

 

　　實(shí)際上，不少的電機企業(yè)設計開(kāi)發(fā)了寬頻電機，專(zhuān)門(mén)用于寬范圍變頻調速場(chǎng)合。那么，話(huà)題回到“普通異步電動(dòng)機當變頻電機用”這一命題，究竟這種簡(jiǎn)單粗暴的應用有怎樣的潛在危害?有無(wú)升級到寬頻電機的必要？今天我們從理論分析入手，理清故障頻發(fā)的內在機理，簡(jiǎn)要說(shuō)明問(wèn)題。

 

　　效率降  溫升增

 

　　所有的變頻器在運行中都會(huì )產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動(dòng)機在非正弦電壓、電流下運行。變頻器的高次諧波會(huì )引起電動(dòng)機定子銅耗、轉子銅耗、鐵耗及附加損耗的增加，z*為顯著(zhù)的是轉子銅耗。這些損耗都會(huì )使電動(dòng)機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動(dòng)機在變頻器條件下使用，z*為直接的是溫升的增加，特別是對于IP２３系列電機影響更為嚴重。

 

　　低速時(shí)冷卻效果變差

 

　　s*先，異步電動(dòng)機的阻抗不盡理想，當電源頻率較底時(shí)，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動(dòng)機再轉速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉速的三次方成比例減小，致使電動(dòng)機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實(shí)現恒轉矩輸出。當電源頻率較低時(shí)，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動(dòng)機轉速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量減小明顯，使電動(dòng)機冷卻狀況變壞，直接結果是溫升急劇增加，也難以實(shí)現恒轉矩輸出。

 

　　絕緣強度無(wú)法滿(mǎn)足

 

　　變頻器的載波頻率非常高（約為幾千到十幾千赫），會(huì )使電機定子繞組承受很高的電壓，使電機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗，并對電動(dòng)機對地絕緣構成威脅，z*終的結果是電機因匝間 、相間和對地故障，嚴重時(shí)表現為繞組過(guò)載。因相間絕緣和對地絕緣的設計裕度都相對較大，電機更多的表現為匝間和過(guò)載，但對于自動(dòng)嵌線(xiàn)機加工的不加相間塊的定子，相對故障也會(huì )相對較多。

 

　　導致電磁噪音和振動(dòng)問(wèn)題

 

　　普通異步電動(dòng)機采用變頻器供電時(shí)，會(huì )使由電磁、機械、通風(fēng)等因素所引起的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題更加復雜。變頻電源中各次時(shí)間諧波與電動(dòng)機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波頻率和電動(dòng)機機體的固有振動(dòng)頻率一致或接近時(shí)，將產(chǎn)生共振現象，會(huì )出現嚴重的電磁高頻噪聲并伴有一定程度的振動(dòng)。

 

　　結構疲勞和絕緣老化

 

　　采用變頻器供電，電動(dòng)機可以在很低的頻率和電壓下以無(wú)沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng )造了條件，但電動(dòng)機的機械系統和電磁系統處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。

 

　　高性能變頻器的應用給電機行業(yè)帶來(lái)革命性變革，大多數電機試驗設備用靜止可調變頻電源取代了調壓器和變頻機組。但終端客戶(hù)大多工頻供電，必然帶來(lái)一個(gè)不容忽視的隱患：靜止可調變頻電源供電時(shí)電機能夠正常運轉，工頻供電可能無(wú)法正常起動(dòng)。

 

　　電動(dòng)機對頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應能力

 

　　由于采用變頻器供電后，電動(dòng)機可以在很低的頻率和電壓下以無(wú)沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng )造了條件，因而電動(dòng)機的機械系統和電磁系統處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。

 

　　針對以上情況，變頻電機采用以下設計：

 

　　1、盡可能減小定子和轉子電阻，降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增加

 

　　2、主磁場(chǎng)不飽和設計，一是考慮高次諧波會(huì )加深磁路飽和，二是考慮在低頻時(shí)為了提高輸出轉矩可適當提高變頻器的輸出電壓

 

　　3、結構設計，主要是絕緣等級提高；對電動(dòng)機的振動(dòng)、噪聲問(wèn)題充分考慮；冷卻方式采用強迫通風(fēng)冷卻，即主電機散熱風(fēng)扇采用獨立的電機驅動(dòng)方式，強冷風(fēng)扇的作用就是為了保證電機在低轉速下的冷卻。

 

　　4、變頻電機的線(xiàn)圈分布電容小一點(diǎn)，矽鋼片的電阻大些，這樣高頻脈沖對電機的影響就小了，電機的電感濾波效果要好些。

 

　　5、普通電機即工頻電機只需要考慮啟動(dòng)過(guò)程和工頻一個(gè)點(diǎn)的工作情況，然后設計電機；而變頻電機需要考慮啟動(dòng)過(guò)程和變頻范圍內的所有點(diǎn)工作情況，然后設計電機。

 

　　6、為了適應變頻器輸出的PWM調寬波模擬正弦交流電含有大量諧波，專(zhuān)門(mén)制作的變頻電機，其作用實(shí)際上可理解為電抗器加普通電機。

 

　　如何區分普通電機和變頻電機？

 

　　一.普通電機和變頻電機結構上的區別

 

　　01.絕緣等級要求更高

 

　　一般變頻電機的絕緣等級為F級或更高，加強對地絕緣和線(xiàn)匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。

 

　　02.變頻電機的振動(dòng)、噪聲要求更高

 

　　變頻電機要充分考慮電動(dòng)機構件及整體的剛性(公眾號:泵管家)，盡力提高其固有頻率，以避開(kāi)與各次力波產(chǎn)生共振現象。

 

　　03.變頻電機冷卻方式不同

 

　　變頻電機一般采用強迫通風(fēng)冷卻，即主電機散熱風(fēng)扇采用獨立的電機驅動(dòng)。

 

　　04.保護措施要求不同

 

　　對容量超過(guò)160KW變頻電動(dòng)機應采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對稱(chēng)，也會(huì )產(chǎn)生軸電流，當其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結合一起作用時(shí)，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。 對恒功率變頻電動(dòng)機，當轉速超過(guò)3000/min時(shí)，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。

 

　　05.散熱系統不同

 

　　變頻電機散熱風(fēng)扇采用獨立電源供電，保證持續的散熱能力。

 

　　二.普通電機和變頻電機設計上的區別

 

　　01.電磁設計

 

　　對普通異步電動(dòng)機來(lái)說(shuō)，再設計時(shí)主要考慮的性能參數是過(guò)載能力、啟動(dòng)性能、效率和功率因數。而變頻電動(dòng)機，由于臨界轉差率反比于電源頻率，可以在臨界轉差率接近1時(shí)直接啟動(dòng)，因此，過(guò)載能力和啟動(dòng)性能不在需要過(guò)多考慮，而要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何改善電動(dòng)機對非正弦波電源的適應能力。

 

　　02.結構設計

 

　　在結構設計時(shí)，主要也是要考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動(dòng)、噪聲冷卻方式等方面的影響。