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變頻器對電機的影響


  電動機的效率和溫升的問題

  不論那種形式的變頻器,在運行中均產生不同程變頻器度的諧波電壓和電流,使電動機在非正弦電壓、電流下運行。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為調制比)。高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅耗、鐵耗及附加伺服馬達損耗的增加,最為顯著的是轉子銅耗;因為異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,可程式控制器如將普通電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%。

  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。它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,這些衝擊電壓不但峰值高而且出的頻率高,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。

  諧波電磁噪聲與震動

  普通電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,將產生共振現像,從而加大噪聲。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。

  軸電壓的增加

  軸電壓是指兩個軸端的電壓或軸與軸之間的電壓,對於變頻供電的電動機,通常加在電動機上的各相電壓是平衡的,然而由於各相整流元件和控制元件特性的差異,可能出現某瞬間的電壓失衡現像,在軸上產生較大的軸電壓;再加上轉子上的諧波電壓會以軸承油膜為介質形成一個對地電容,從而產生一容性電流;電流通過軸和軸瓦之間的油膜流動,若達到臨界潤滑狀態,油膜將被破壞,會有很大的電流流過油膜,從而縮短軸承壽命或損壞軸承合金,發生事故。

  電動機對頻繁啟動、制動的適應能力

  由於采用變頻器供電後,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。

  低轉速時的冷卻問題

  首先,異步電動機的阻抗不盡理想,當電源頻率較低時,電源中高次諧波所安川變頻器引起的損耗較大。其次,普通安川伺服馬達電機在轉速降低時,電流和磁通都基本保持不便,但冷卻風量卻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,難以實現恆轉矩輸出。
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