普通電動(dòng)機(jī)與變頻電機(jī)的區(qū)別
深圳市中傳電氣技術(shù)有限公司
普通電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，無(wú)論在技術(shù)上，還是工藝上都得到了迅速的發(fā)展，但是
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。
1 變頻器對(duì)電機(jī)的影響
1.1 電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問(wèn)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%。
1.2 電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問(wèn)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。
1.3 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(kāi)電動(dòng)機(jī)的各構(gòu)件的固有震動(dòng)頻率。
1.4 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(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(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(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。
1.5 低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問(wèn)題2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。
2 變頻電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)
2.1 電磁設(shè)計(jì)
對(duì)普通異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的性能參數(shù)是過(guò)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(guò)載能力和啟動(dòng)性能不再需要過(guò)多考慮，而要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何改善電動(dòng)機(jī)對(duì)非正弦波電源的適應(yīng)能力。方式一般如下：
（1）盡可能的減小了定子和轉(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加。
（2）電動(dòng)機(jī)漏抗兼顧整個(gè)調(diào)速范圍。
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）主磁路不飽和設(shè)計(jì)
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。
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮了非正弦電源特性對(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，包括以下方面。
（1）絕緣等級(jí)高
變頻電機(jī)的絕緣等級(jí)一般為F 級(jí)或更高，加強(qiáng)了對(duì)地絕緣和線匝絕緣強(qiáng)度，并特別考
慮了絕緣耐沖擊電壓的能力。
（2）對(duì)電機(jī)的振動(dòng)、噪聲問(wèn)題考慮充分
變頻電機(jī)在電機(jī)的振動(dòng)、噪聲方面，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(kāi)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)方式。
（4）防止軸電流措施
對(duì)容量超過(guò)160KW 電動(dòng)機(jī)采用軸承絕緣措施。磁路不對(duì)稱，將會(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。
3（5）對(duì)恒功率變頻電動(dòng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)3000/min 時(shí)，采用耐高溫的特殊潤(rùn)滑脂，以補(bǔ)償軸承的溫度升高。
3 西門子電機(jī)與國(guó)產(chǎn)電機(jī)特點(diǎn)比較
3.1 效率高
西門子電機(jī)比國(guó)產(chǎn)電機(jī)效率提高2-5%，以一臺(tái)800KW 電機(jī)為例，假設(shè)效率提高3%，每小時(shí)省電24 度，每天24*24=576 度，每年576*365*90%=189216 度，每年節(jié)約電費(fèi)：189216*0.4=75686.4 元,西門子一臺(tái)800KW 電機(jī)與國(guó)產(chǎn)電機(jī)差價(jià)幾萬(wàn)元，一年時(shí)間左右即可全部收回增加的成本；
3.2 軸承壽命長(zhǎng)
西門子電機(jī)軸承壽命比國(guó)產(chǎn)電機(jī)長(zhǎng)2-4 倍；
3.3 結(jié)構(gòu)緊湊
西門子電機(jī)采用鑄殼式，而且西門子電機(jī)轉(zhuǎn)子鑄鋁一次成型，鼠籠內(nèi)部不存在應(yīng)力，轉(zhuǎn)子壽命高。
3.4 體積小
同功率西門子電機(jī)中心高比國(guó)產(chǎn)電機(jī)低1-2 檔，體積約為國(guó)產(chǎn)電機(jī)的2/3；
3.5 質(zhì)量可靠
西門子電機(jī)定子繞組采用真空壓力，浸漆技術(shù)，浸漆質(zhì)量可靠，而且西門子電機(jī)轉(zhuǎn)子鑄鋁一次成型，鼠籠內(nèi)部不存在應(yīng)力，轉(zhuǎn)子壽命高。
4 結(jié)論
從以上的分析可以看出，變頻電機(jī)相對(duì)于普通異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，由于其特殊的電磁和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其過(guò)載能力強(qiáng)、啟動(dòng)性能、效率和功率因數(shù)高，可靠性強(qiáng)。尤其改善了電動(dòng)機(jī)對(duì)非正弦波電源的適應(yīng)能力，且適應(yīng)整個(gè)頻率段運(yùn)行，對(duì)于變頻調(diào)速系統(tǒng)而言，無(wú)疑有普通電動(dòng)機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
西門子變頻電機(jī)又以其高效、可靠、體積小等特點(diǎn)，占據(jù)了很大的變頻調(diào)速系統(tǒng)市場(chǎng)。
熱門產(chǎn)品：高效電機(jī) 高壓電機(jī) 低壓電機(jī) 變頻電機(jī) 防爆電機(jī) 同步電機(jī) 直流電機(jī) 電機(jī)配件 電機(jī)維修 水泵配件 電機(jī)節(jié)能改造
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