資訊中心
相關(guān)資訊
行業(yè)資訊
一、普通異步電動(dòng)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(duì)電機(jī)的影響。
1、電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問題
不論那種形式的變頻器,在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流,使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。拒資料介紹,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(huì)引起電動(dòng)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?dòng)機(jī)是以接近于基波頻率所對(duì)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(huì)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(huì)使電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫,這就使得電動(dòng)機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率,相當(dāng)于對(duì)電動(dòng)機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓,使電動(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓上,會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅,對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。
3、諧波電磁噪聲與震動(dòng)
普通異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電時(shí),會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)機(jī)體的固有振動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的各構(gòu)件的固有震動(dòng)頻率。
4、電動(dòng)機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力
由于采用變頻器供電后,電動(dòng)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(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(xiàn)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件,因而電動(dòng)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(dòng)機(jī)的阻抗不盡理想,當(dāng)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(jī)再轉(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(dòng)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(dòng)機(jī)的特點(diǎn)
1、電磁設(shè)計(jì)
對(duì)普通異步電動(dòng)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(dòng)性能、效率和功率因數(shù)。而變頻電動(dòng)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(dòng),因此,過載能力和啟動(dòng)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(dòng)機(jī)對(duì)非正弦波電源的適應(yīng)能力。方式一般如下: 1) 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
2)為抑制電流中的高次諧波,需適當(dāng)增加電動(dòng)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(dòng)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。
3)變頻電動(dòng)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(huì)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)
再結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),主要也是考慮非正弦電源特性對(duì)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲冷卻方式等方面的影響,一般注意以下問題:
1)絕緣等級(jí),一般為F級(jí)或更高,加強(qiáng)對(duì)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。
2)對(duì)電機(jī)的振動(dòng)、噪聲問題,要充分考慮電動(dòng)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。
3)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(dòng)。
4)防止軸電流措施,對(duì)容量超過160KW電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對(duì)稱,也會(huì)產(chǎn)生軸電流,當(dāng)其他高頻分量所產(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。
5)對(duì)恒功率變頻電動(dòng)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。
同步電動(dòng)機(jī):
一、 特點(diǎn):
1、 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。
2、 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(lì)磁系統(tǒng)一般能自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)行強(qiáng)行勵(lì)磁,保證電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定。
3、 過載能力比相應(yīng)的異步電動(dòng)機(jī)大。
4、 運(yùn)行效率高,尤其是低速異步電動(dòng)機(jī)。
二、 啟動(dòng)方式
1、 異步啟動(dòng)法,,同步電動(dòng)機(jī)多數(shù)在轉(zhuǎn)子上裝有類似與異步電機(jī)籠式繞組的啟動(dòng)繞組。再勵(lì)磁回路串接約為勵(lì)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(dòng)機(jī)的定子直接接入電網(wǎng),使之按異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速(95%)時(shí),再切除附加電阻。
2、 變頻啟動(dòng),用變頻器啟動(dòng),不在贅述。
三、 應(yīng)用
作過油田節(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(dòng)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),再平衡塊基本調(diào)好后,其實(shí)際有功一般在十幾個(gè)KW,有時(shí)還小。我曾做過這樣的改造,將抽油機(jī)55KW異步電動(dòng)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(hào)進(jìn)行自動(dòng)控制。節(jié)電率可達(dá)40%。
因此,異步電動(dòng)機(jī),同步電動(dòng)機(jī),變頻電動(dòng)機(jī)三者各有特點(diǎn),主要看您所控制的工況環(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(dòng)機(jī)。
1、電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問題
不論那種形式的變頻器,在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流,使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。拒資料介紹,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(huì)引起電動(dòng)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?dòng)機(jī)是以接近于基波頻率所對(duì)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(huì)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(huì)使電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫,這就使得電動(dòng)機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率,相當(dāng)于對(duì)電動(dòng)機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓,使電動(dòng)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(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓上,會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅,對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。
3、諧波電磁噪聲與震動(dòng)
普通異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電時(shí),會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)機(jī)體的固有振動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的各構(gòu)件的固有震動(dòng)頻率。
4、電動(dòng)機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力
由于采用變頻器供電后,電動(dòng)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(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(xiàn)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件,因而電動(dòng)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(dòng)機(jī)的阻抗不盡理想,當(dāng)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(jī)再轉(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(dòng)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(dòng)機(jī)的特點(diǎn)
1、電磁設(shè)計(jì)
對(duì)普通異步電動(dòng)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(dòng)性能、效率和功率因數(shù)。而變頻電動(dòng)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(dòng),因此,過載能力和啟動(dòng)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(dòng)機(jī)對(duì)非正弦波電源的適應(yīng)能力。方式一般如下: 1) 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
2)為抑制電流中的高次諧波,需適當(dāng)增加電動(dòng)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(dòng)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。
3)變頻電動(dòng)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(huì)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)
再結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),主要也是考慮非正弦電源特性對(duì)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲冷卻方式等方面的影響,一般注意以下問題:
1)絕緣等級(jí),一般為F級(jí)或更高,加強(qiáng)對(duì)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。
2)對(duì)電機(jī)的振動(dòng)、噪聲問題,要充分考慮電動(dòng)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。
3)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(dòng)。
4)防止軸電流措施,對(duì)容量超過160KW電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對(duì)稱,也會(huì)產(chǎn)生軸電流,當(dāng)其他高頻分量所產(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。
5)對(duì)恒功率變頻電動(dòng)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。
同步電動(dòng)機(jī):
一、 特點(diǎn):
1、 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。
2、 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(lì)磁系統(tǒng)一般能自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)行強(qiáng)行勵(lì)磁,保證電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定。
3、 過載能力比相應(yīng)的異步電動(dòng)機(jī)大。
4、 運(yùn)行效率高,尤其是低速異步電動(dòng)機(jī)。
二、 啟動(dòng)方式
1、 異步啟動(dòng)法,,同步電動(dòng)機(jī)多數(shù)在轉(zhuǎn)子上裝有類似與異步電機(jī)籠式繞組的啟動(dòng)繞組。再勵(lì)磁回路串接約為勵(lì)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(dòng)機(jī)的定子直接接入電網(wǎng),使之按異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng),當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速(95%)時(shí),再切除附加電阻。
2、 變頻啟動(dòng),用變頻器啟動(dòng),不在贅述。
三、 應(yīng)用
作過油田節(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(dòng)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),再平衡塊基本調(diào)好后,其實(shí)際有功一般在十幾個(gè)KW,有時(shí)還小。我曾做過這樣的改造,將抽油機(jī)55KW異步電動(dòng)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(hào)進(jìn)行自動(dòng)控制。節(jié)電率可達(dá)40%。
因此,異步電動(dòng)機(jī),同步電動(dòng)機(jī),變頻電動(dòng)機(jī)三者各有特點(diǎn),主要看您所控制的工況環(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(dòng)機(jī)。