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變頻器對電機影響及解決辦法

發表時間:18-08-13

  變頻器的英文譯名是VFD(Variable-frequency Drive),這可能是現代科技由中文反向譯為英文的為數不多實例之一。變頻器是應用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件。

  1、電動機的效率和溫升的問題

  變頻器在中、韓等亞洲地區受日本廠商影響而曾被稱作VVVF(Variable Voltage Variable Frequency Inverter)。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。據資料介紹,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:2u1(u為調制比)。

  PWM即脈沖寬度調制,是一種利用微處理器的數字輸出來控制模擬電路的控制技術。PWM以其控制簡單、靈活、效率高和動態響應好等優點而被廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。PWM是開關型穩壓電源中的術語。這是按穩壓的控制方式分類的,除了PWM型,還有PFM型和PWM、PFM混合型。如今的很多微型控制器中都有PWM控制器。

  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。因為異步電動機是各類電動機中應用最廣、需要量最大的一種。異步電動機由氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉矩,從而實現機電能量轉換為機械能量的一種交流電機。作電動機運行的異步電機。因其轉子繞組電流是感應產生的,又稱感應電動機。

  是以接近于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后,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,如將普通三相異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦條件下,其溫升一般要增加10%--20%。

  電源是向電子設備提供功率的裝置,也稱電源供應器,它提供計算機中所有部件所需要的電能。

  2、電動機絕緣強度問題

  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酷的考驗。另外,由PWM變頻器產生的矩形斬波沖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沖擊下會加速老化。

  3、諧波電磁噪聲與震動

  普通異步電動機采用變頻器供電時,會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加復雜。

  變頻電源是將市電中的交流電經過AC→DC→AC變換,輸出為純凈的正弦波,輸出頻率和電壓一定范圍內可調。它有別于用于電機調速用的變頻調速控制器,也有別于普通交流穩壓電源。理想的交流電源的特點是頻率穩定、電壓穩定、內阻等于零、電壓波形為純正弦波(無失真)。變頻電源十分接近于理想交流電源,因此,先進發達國家越來越多地將變頻電源用作標準供電電源,以便為用電器提供最優良的供電環境,便于客觀考核用電器的技術性能。變頻電源主要有二大種類:線性放大型和SPWM開關型。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,從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍寬,轉速變化范圍大,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

  由于采用變頻器供電后,電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動,并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于循環交變力的作用下,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,異步電動機的阻抗不盡理想,當電源是向電子設備提供功率的裝置,也稱電源供應器,它提供計算機中所有部件所需要的電能。頻率較底時,電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次,普通異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。




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