变频与工频电机区别与应用.docx

变频电动机的特点
 1、电磁设计。对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、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，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，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：
 1） 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 。
 2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但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。  
3）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路饱和，二是考虑在低频时，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。再结构设计时，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： 
 1）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，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。
 2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。
 3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。 
 4）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称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，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。
 5）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。变频电机可在0。1HZ--130HZ范围长期运行，普通电机可在：2极的为20--65hz范围长期运行，4极的为25--75hz范围长期运行。6极的为30--85hz范围长期运行， 8极的为35--100hz范围长期运行。
普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。以下为变频器对电机的影响： 
 1、电动机的效率和温升的问题。不论那种形式的变频器，在运行中均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。拒资料介绍，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。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，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。目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。他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次时间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的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，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，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，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通异步电动机再转速降低时，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，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。
电机的选择： 首先应该根据负载运动时所需要的平均功率、最高功率，折算到电机轴侧（可能有减速机、皮带轮等减速装置）选择电机的功率，同时也要考虑电机的过载能力。电机厂商可以提供电机的力矩特性曲线，不同温度下电机特性会变化。顺便说：选型的顺序当然是先选电机再根据电机选择变频器，因为控制的最终目的不是变频器也不是电机，而是机械负载。
 变频器的选型：第一应该强调的是，应该根据电流选型。对于一般负载，可以根据电机的额定电流选择变频器，即变频器额定电流（即常规环境下的最大持续工作电流）大于电机额定电流即可。但是必须要考虑极限状况的出现。因此变频器还需要可以提供短时间的过载电流。（注意：电机的电流是由机械负载决定的） 变频器有一条过载电流曲线，是一条反时限曲线，描述了过载电流和时间的关系。这就是变频器厂商经常说得过载能力可以达到150％额定电流2秒、180％额定电流2秒 云云，实际上是一条曲线。因此，只要电机的电流曲线在变频器的过载电流曲线之内，就是正确的选型。这就是为什么有时候变频器功率要大于电机功率1档或2档（比如起重应用），有时候小功率变频器仍然可以驱动大功率电机（比如输送带）的原因。另一个必须注意的：在非正常环境下，比如高海拔、高环境温度（例如大于50度小于60度环境）、并排安装方式（有些变频器并排安装不降容，有些要降容，根据变频器设计决定）等情况下，要考虑变频器的降容。这方面的资料变频器厂商都可以提供。
 结果是：变频器的额定功率可能大于电机功率，也可以小于电机功率，事实上变频器的选型也是根据机械负载决定的。结论：变频器选型的最终依据，是变频器的电流曲线包罗机械负载的电流曲线。 
Y型电机和变频电机。Y型电机，应该就是普通异步电机。变频器的根本功能就是改变电源频率，从而改变电机转速。因此理论上讲，不管是什么电机，只要可以通过改变频率调速的，都可以使用变频器。并不是有个独立风扇就是所谓变频电机了。      
普通异步电机使用变频器控制时，需要注意的是： 低频时（一般小于25hz），由于电机采用同轴风扇，低速时散热效果会很差，电机发热后，力矩特性变软，从而出现速度不稳、电流大等问题。高频时（一般大于50hz），要看电机能否承受高转速带来的比如轴承发热、动平衡不好等问题。变频器供电衍生的高次谐波影响，导致电机绕组温度升高，同时，当工频电机被低转速运行时，电机匹配的通风系统性能变差，无法带走电机运行所产生的热量，自然地，会加剧电机绕组温度升高，为此，除电机设计容量的保证外，必须采用必要的强行散热措施，这也是变频电机绕组采用相对较高的绝缘等级，以及配套强迫通风散热装置的原因所在。
而在电机的实际应用中，工频电机被直接变频使用时，可能会由于以上原因导致电机绕组可靠性变差，长时间的过热会严重影响电机的使用寿命。