变频电动机的特性有哪些

日期:2020-02-24编辑作者:分析预测

  是主要的动力来源。变频电动机是指可通过改变供电电源频率来实现调速目的的电动机,目前多指专用于和配合使用的一类电动机,其外形和基本电气结构与普通交流电动机大致相同,如图所示。

  相对于普通电动机(这里指交流异步电动机)来说,从结构上,变频电动机是在普通电动机的基础上为适应变频器的调速控制进行相应技术上的调整和改进:从性能上,变频电动机更能够适应变频调速控制系统中的各种参数要求和控制特点。

  在介绍变频电动机特点之前,首先了解一下普通电动机与变频器配合使用时的一些特点和状态。

  在采用普通电动机实现的变频调速控制线路中,不论变频器采用何种控制方式,其输出的都是非正弦波电源。而普通电动机都是按照恒频恒压(正弦电源)的条件进行设计的,可见非正弦波电源不可避免地会对普通电动机在运行特性上产生影响,主要有以下几个方面。

  ①在效率、损耗和温升方面的影响。以目前较普通的PWM型变频器来说,其产生的非正弦波电源具有很高的高次谐波电压分量,如下图所示。该电压分量将引起电动机定子铜损、转子铜损和铁损的增加,从而影响电动机的效率。

  ②变频器输出较大的冲击电压,对电动机绕组的绝缘强度产生一定的影响。变频器在进行变频调速时,将产生矩形斩波冲击电压,该电压不但峰值高而且出现的频率高,在运行电压进行叠加后将直接影响电动机的对地绝缘效果,特别是在冲击电压较大,并反复冲击时,对地绝缘将加速老化,直接影响电动机的安全性和稳定性。

  另外,目前不少中小型变频器采用PWM控制方式,它的载波频率约为几千到几十千林益,载波分量会叠加在驱动电动机的电流中,这就使得电动机定子绕组要承受根高冲击电压,这就对电动机的绕组匝间绝缘提出了更高的要求。

  ③噪声及振荡的影响。当采用正弦波电源供电时,普通电动机因电磁、机械、通风散热碎引起的振动和噪声问题,在采用非正弦波电源供电时变得更为复杂,特别是当非正弦波电源中的高次谐波与电动机各种结构件固有的频率一致或接近时,将产生共振,从而加大噪声。

  ④低速运转时的散热问题。在采用普通电动机与变频器配合工作实现变频调速的线路中,当变频器执行调速功能,输出电源频率较低时,电动机的转速随之降低,但同时冷却风量与转速的三次方成比例减小,将直接引起电动机低速下散热困难,将导致电动机内部温升急剧增加。

  ⑤频繁启动、制动时的适应性问题。在变频器控制下,由于变频器具有低频率启动和各种制动方式进行快速制动功能,普通电动机在其控制下可实现频繁启动、正反转和制动控制。例如,为了达到节能效果,风机可每天启动几十次,泵类可启动几百次等等,可见电动机将常常处于循环交变力的作用下,将直接加速电动机的机械部分和电磁部分老化。

  ⑥轴电压和轴承的问题。非正弦波电源对电动机轴电压和轴承的影响一般体现在大容量电动机上,特别对于高速和采用滑动轴承的情况下,轴电压过高可能会破坏轴承油膜,从而缩短轴承寿命或损坏轴承合金。

  为了有效地避免上述各方面的影响,并改善电动机对非正弦波电源的适应能力,变频电动机在磁路和物理结构上进行了改进。

  ②定子和转子电阻尽可能减小,以降低基波铜耗,弥补高次谐波铜耗的增加,提高效率,降低温升。

  ③适当增加电动机绕组的匝数,以抑制高次谐波,但需要兼顾整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

  2。变频电动机结构特点李频电动机结构的变化也主要是考虑非正弦波电源对电动机的影响,一般从绝缘强度、振动、噪声和冷却方式上有所突破。

  ①变频电动机对地绝缘和绕组线匝的绝缘等级比较高,一般为F级或更高,具有很强的绝缘耐冲击电压的能力。变频电动机通常采用强迫通风冷却的方式,如下图所示,与普通的自带风扇冷却方式不同,变频电动机的散热风扇采用独立的电动机进行驱动。

  ②对于不能采取强迫通风的场合,也应尽可能减少各种损耗,提高线圈短路的传热性能,加强机座本身的散热能力。

  ③变频电动机在充分考虑电动机构件及整体刚性的前提下,尽力提高电动机机体的固有振动频率,避免与电磁力波产生共振现象,降低噪音产生。

  ④对于超过160kW的变频电动机,其轴承采取绝缘措施,防止轴电流过大而导致轴承损坏。

  ⑤变频电动机的轴承采用耐高温特殊润滑脂。特别是对于恒功率的变频电动机其转速较高,需要用特殊润滑脂来补偿轴承的温度升高。

  综合所述,变频器电动机突出优势主要体现在能够克服低频时的过热与振动、特殊的绝缘结构、强制通风散热系统、低噪音、宽调速(0.1~130Hz)平稳特性、与变频器良好的匹配和一定程度的节能等各方面。

  目前,在实际应用中,由变频器实现调速控制的线路大多还是采用普通电动机特别是一些采用中小功率的电动机场合,普通电动机可满足一般生产需求,并不影响正常使用,但在一些特大功率、特殊电压(如轧钢厂)、伺服或机床主轴等要求定位性能较高的场合、要求运行和电磁性能较高的场合、金升电机调速范围大且长期工作在低速的场合,需要用专用的变频电动机与变频器匹配使用。

  下面简单介绍几种常见变频电动机的性能特点①YVP(YVF)系列变频电动机图11-5为典型YVP系列变频电动机的实物外形属于变频调速三相异步电动机。

  YVP系列变频电动机是为了满足以变频器为供电电源,对三相异步电动机特殊的电枢磁场及匝间绝缘的要求而产生的Y系列派生电动机。可应用于要求调速及快速停车、准确定位的场所,如机械、轻工、纺织、化工、冶金以及各种流水线等行业。其具体性能特点如下:

  ②YTSP系列变频电动机图11-6为典型YTSP系列变频电动机的实物外形,也属于变频调速三相异步电动机。

  YTSP系列变频电动机是一种符合国际和国家标准的节能型电动机,额定电压为V,功率范围0.75~300kW,其性能特点如下:

  d.调速范围:IC411系列—10~50Hz恒转矩调速,50~70Hz实现恒功率调速。IC416系列—在U/f控制条件下3~50Hz恒转矩调速,50~100Hz实现恒功率调速。

  变频电动机的速度控制是指由控制电路部分对其旋转速度的控制。一般来说,电动机转速的计算公式为:

  式中,N为电动机转速:f为电源频率;P为电动机磁极对数(由电动机内部结构决定),可以看到,电动机的转速与电源频率成正比。

  在普通电动机供电及控制线路中,电动机直接由工频电源(50Hz)供电,如图所示。

  合上断路器QF,接通三相电源。按下启动按钮SB1,交流接触器KM线圈得电,常开主触点KM-1闭合,电动机启动并在频率50Hz电源下全速运转。该过程中供电电源的频率f1是恒定不变的,例如,若当交流电动机磁极对数P=2时,可知其在工频电源下的转速为:

  在变颊电动机控制线路中,外部工频电源首先送入变频器中,由变频器对电动机供电电源的频率进行调整后,再为电动机供电,如图所示。

  由于变频器可以将工频电源通过一系列的转换输出频率可变的交流电源,根据电动机转速计算公式可知,变频电动机的速度随着电源频率的变化而升高或降低。

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