【導(dǎo)讀】變頻器在運行中能產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行，里面的高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及附加損耗增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅耗，這些損耗會使電動機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，普通電動機溫升一般要增加10%－20%。
普通電動機是按恒頻恒壓設(shè)計的，不可能完全適應(yīng)變頻器調(diào)速的要求，因此不能多做變頻電機使用。
01 變頻器對電機的影響主要在電動機的效率和溫升
變頻器在運行中能產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行，里面的高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及附加損耗增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅耗，這些損耗會使電動機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，普通電動機溫升一般要增加10%－20%。
普通電機 帶獨立散熱風(fēng)扇的變頻電機
02 電動機的絕緣強度問題
變頻器載波頻率從幾千到十幾千赫，使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴重的考驗。
03 諧波電磁噪聲與震動
普通電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、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諧波與電動機電磁部分固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力，從而加大噪聲。由于電動機的工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各結(jié)構(gòu)件的固有振動頻率。
04 低轉(zhuǎn)速時的冷卻問題
當電源頻率較低時，電源中的高次諧波所引起的損耗較大；其次變通電機轉(zhuǎn)速降低時，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成正比減小，致使電機熱量散發(fā)不出去，溫升急劇增加，難以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。
05 針對以上情況，變頻電機采用以下設(shè)計
盡可能減小定子和轉(zhuǎn)子電阻，降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增加。
主磁場不飽和設(shè)計，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時為了提高輸出轉(zhuǎn)矩可適當提高變頻器的輸出電壓。
結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是絕緣等級提高；對電動機的振動、噪聲問題充分考慮；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(qū)動方式，強冷風(fēng)扇的作用就是為了保證電機在低轉(zhuǎn)速下的冷卻。
變頻電機的線圈分布電容小一點，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。
普通電機即工頻電機只需要考慮啟動過程和工頻一個點的工作情況（公眾號：機電人脈），然后設(shè)計電機；而變頻電機需要考慮啟動過程和變頻范圍內(nèi)的所有點工作情況，然后設(shè)計電機。
為了適應(yīng)變頻器輸出的PWM調(diào)寬波模擬正弦交流電含有大量諧波，專門制作的變頻電機，其作用實際上可理解為電抗器加普通電機。
01 普通電機和變頻電機結(jié)構(gòu)上的區(qū)別
1. 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，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。
2. 變頻電機的振動、噪聲要求更高
變頻電機要充分考慮電動機構(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.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(qū)動。
4. 保護措施要求不同
對容量超過160kW變頻電動機應(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，當其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結(jié)合一起作用時，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，當轉(zhuǎn)速超過3000/min時，應(yīng)采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。
5. 散熱系統(tǒng)不同
變頻電機散熱風(fēng)扇采用獨立電源供電，保證持續(xù)的散熱能力。
02 普通電機和變頻電機設(shè)計上的區(qū)別
1. 電磁設(shè)計
對普通異步電動機來說，在設(shè)計時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，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時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應(yīng)能力。
2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計
在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要也是要考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結(jié)構(gòu)、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響。
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