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如果你是從事電機(jī)廠有一段時(shí)間，就會(huì)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用很廣泛的電力旋轉(zhuǎn)設(shè)備，近年來隨著變頻器節(jié)能降耗的發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)自身的要求也是逐步在提高，變頻電機(jī)的使用也逐漸普及開來，那么到底變頻電機(jī)有什么特點(diǎn)呢？

 

一、交流電動(dòng)機(jī)的定義:

 

交流電動(dòng)機(jī),是將交流電的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。

 

二、交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu):

 

交流電動(dòng)機(jī)主要由一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子組成。 電動(dòng)機(jī)利用通電線圈在磁場(chǎng)中受力轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象而制成的。 交流電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成, 并且定子和轉(zhuǎn)子是采用同一電源, 所以定子和轉(zhuǎn)子中電流的方向變化總是同步的，交流電動(dòng)機(jī)就是利用這個(gè)原理而工作的。

 

三、變頻電動(dòng)機(jī)的意義:

 

1、變頻器。

 

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。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%。

 

2、電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)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(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。

 

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 電動(dòng)機(jī)的各構(gòu)件的固有震動(dòng)頻率。

 

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)帶來疲勞和加速老化問題。

 

5、低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問題。

 

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。

 

四、變頻電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn):

 

1、電磁設(shè)計(jì):對(duì)普通異步電動(dòng)機(jī)來說,再設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、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, 過載能力和啟動(dòng)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(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

 

2)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)交流變頻電動(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、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):再結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),主要也是考慮非正弦電源特性對(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,一般注意以下 問題:

 

1)絕緣等級(jí),一般為 F級(jí)或更高,加強(qiáng)對(duì)地絕緣和線匝絕緣強(qiáng)度, 特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。

 

2)對(duì)電機(jī)的振動(dòng)、噪聲問題,要充分考慮電動(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)。

 

4)防止軸電流措施,對(duì)容量超過 160KW 電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措 施。主要是易產(chǎn)生磁路不對(duì)稱,也會(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。

 

5)對(duì)恒功率變頻電動(dòng)機(jī),當(dāng)轉(zhuǎn)速超過 3000/min時(shí),應(yīng)采用耐高溫的特殊 a 潤滑脂,以補(bǔ)償軸承的溫度升高。

 

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