細說變頻器與電動機之間的親密關係

本文將從電動機的效率和溫升的問題、電動機絕緣強度問題、諧波電磁雜訊與震動、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力、低轉速時的冷卻問題等5個方面來為大家講解變頻器對電機的影響。

1、電動機的效率和溫升問題

不論那種形式的變頻器， 在運行中均產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。 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為調製比）。 高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，

最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。 因為非同步電動機是以接近於基波頻率所對應的同步轉速旋轉的， 因此， 高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條後， 便會產生很大的轉子損耗。 除此之外， 還需考慮因集膚效應所產生的附加銅耗。 這些損耗都會使電動機額外發熱， 效率降低， 輸出功率減小， 如將普通三相非同步電動機運行於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、電動機絕緣強度問題

目前中小型變頻器， 不少是採用PWM的控制方式。 他的載波頻率約為幾千到十幾千赫， 這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率， 相當於對電動機施加陡度很大的衝擊電壓，

使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。 另外， 由PWM變頻器產生的矩形斬波衝擊電壓疊加在電動機運行電壓上， 會對電動機對地絕緣構成威脅， 對地絕緣在高壓的反復衝擊下會加速老化。

3、諧波電磁雜訊與震動

普通非同步電動機採用變頻器供電時， 會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和雜訊變的更加複雜。 變頻電源中含有的各次時間諧波與電動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。 當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時， 將產生共振現象， 從而加大雜訊。 由於電動機工作頻率範圍寬， 轉速變化範圍大， 各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構件的固有震動頻率。

4、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力

由於採用變頻器供電後， 電動機可以在很低的頻率和電壓下以無衝擊電流的方式啟動， 並可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動， 為實現頻繁啟動和制動創造了條件， 因而電動機的機械系統和電磁系統處於迴圈交變力的作用下， 給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。

5、低轉速時的冷卻問題

首先， 非同步電動機的阻抗不盡理想， 當電源頻率較底時， 電源中高次諧波所引起的損耗較大。 其次， 普通非同步電動機再轉速降低時， 冷卻風量與轉速的三次方成比例減小， 致使電動機的低速冷卻狀況變壞， 溫升急劇增加， 難以實現恒轉矩輸出。