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普通異步電動機與變頻電機的區別
作者:山东西子電機 发布日期:2019-07-31 09:01

  

  
  
  
  
  
  
  

普通異步電動機與變頻電機的區別
變頻電機和普通電機的區別

  一、普通異步電動機都是按恒頻恒壓設計的,不可能完全適應變頻調速的要求。以下爲變頻器對電機的影響
 1、電動機的效率和溫升的問題
不论那种形式的变频器(Variable-frequency Drive),在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行。据资料介绍,以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例,其低次谐波基本为零,剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为:2u+1(u为调制比)。
高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜(铝)耗、铁耗及附加损耗的增加,最为显著的是转子铜(铝)耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的,因此,高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后,便会产生很大的转子损耗。除此之外,还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减小,如将普通三相异步电动机运行于变频器(Variable-frequency Drive)输出的非正弦电源条件下,其温升一般要增加10%--20%。
2、電動機絕緣強度問題
目前中小型变频(frequency conversion)器,不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫,这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率,相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压,使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外,由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上,会对电动机对地绝缘构成威胁,对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。
  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複雜。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幹涉,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,將産生共振現象,從而加大噪聲。由于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。
  4、電動機對頻繁啓動、制動的適應能力
由于采用變頻器供電後,電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啓動,並可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動,爲實現頻繁啓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,當電源頻率較低時,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(定義:單位時間內空氣的流通量)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。

  二、变频(frequency conversion)电动机的特点
  1、電磁設計
  对普通异步电动机来说,再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而變頻電動機,由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不在需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下:
  1)
盡可能的減小定子和轉子電阻。
  減小定子(組成:定子鐵芯、定子繞組和機座)電阻即可降低基波銅(化學式Cu)耗,以彌補高次諧波引起的銅耗增
  2)爲抑制電流中的高次諧波,需適當增加電動機的電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效應也大,高次諧波銅(化學式Cu)耗也增大。因此,電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速範圍內阻抗匹配的合理性。
  3)變頻電動機的主磁路一般设计成不饱和状态,一是考虑高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时,为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。
  2、結構設計
  再結構設計時,主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、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,一般爲F級或更高,加強對地絕緣和線匝絕緣強度,特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。
  2)對電機的振動、噪聲問題,要充分考慮電動機構件及整體的剛性,盡力提高其固有頻率,以避開與各次力波産生共振現象。
  3)冷卻方式:一般采用強迫通風冷卻,即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動。
  4)防止轴电流(Electron flow)措施,对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称,也会产生轴电流,当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时,轴电流将大为增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。
  5)对恒功率變頻電動機,当转速超过3000/min时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。
同步電動機:
  一、
特點:
1、
功率因數超前,一般額定功率因數爲0.9,有利于改善電網的功率因數,增加電網容量。
2、
運行穩定性高,當電網電壓突然下降到額定值的80%時,其勵磁系統一般能自動調節實行強行勵磁,保證電動機的運行穩定。 3、
過載能力比相應的異步電動機大。
4、
運行效率高,尤其是低速異步電動機。
 
  二、
啓動方式 1、
異步啓動法,同步電動機多數在轉子上裝有類似與異步電機籠式繞組的啓動繞組。再勵磁回路串接約爲勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻來構成閉合電路,把同步電動機的定子(組成:定子鐵芯、定子繞組和機座)直接接入電網,使之按異步電動機啓動,當轉速達到亞同步轉速(95%)時,再切除附加電阻。 2、
變頻啓動,用變頻器啓動,不在贅述。
 
  三、
應用
  作過油田節電的師傅都知道,油田的抽油機電機,由于要求的啓動轉矩大,工程師設計時一般將電機設計的很大,這就出現“大馬拉小車”現象,如:55KW的抽油機電機,再平衡塊基本調好後,其實際有功一般在十幾個KW,有時還小。我曾做過這樣的改造,將抽油機55KW異步電動機改爲22KW同步電機,後用變頻器控制(control),當然也可以根據排液量或別的信號進行自動控制。節電率可達40%。
  因此,异步电动机,同步电动机,變頻電動機三者各有特点,主要看您所控制的工况环境,当然还要根据工程成本,能用异步马达尽量用异步电动机。
普通的三相交流感應電機可以直接用于變頻調速,但由于變頻調速的轉速範圍比較寬,所以普通的三相交流感應電機在低速時由于冷卻風量不足造成電機溫升升高而燒毀;另外,變頻方式由于諧波太多,繞組線必須選擇防電暈變頻專用電磁線。
普通異步電動機與變頻電機的區別
[文章目錄]

  一、變頻器對普通異步電動機的影響
1、電動機的效率和溫升的問題
2、電動機絕緣強度問題
3、諧波電磁噪聲與震動
4、電動機對頻繁啓動、制動的適應能力
5、低轉速時的冷卻問題

  二、變頻電動機的特点
1、電磁設計
2、結構設計

  一、普通異步電動機都是按恒頻恒壓設計的,不可能完全適應變頻調速的要求。以下爲變頻器對電機的影響
1、電動機的效率和溫升的問題
不論那種形式的變頻器,在運行中均産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型變頻器爲例,其低次諧波基本爲零,剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量爲:2u+1(u爲調制比)。
高次諧波會引起電動機定子(組成:定子鐵芯、定子繞組和機座)銅耗、轉子銅(鋁(Al))耗、鐵耗及附加損耗的增加,最爲顯著的是轉子銅(鋁)耗。因爲異步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後,便會産生很大的轉子損耗。除此之外,還需考慮因集膚效應所産生的附加銅耗。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電源條件下,其溫升一般要增加10%~20%。
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。高壓電動機梭型線圈繞制後,用收縮帶,黃蠟綢帶等絕緣材料包紮,目的是:保護線圈外絕緣、層間絕緣、匝間絕緣不至于損壞。在拉型機時免受模具夾具、鼻端銷釘等摩擦,防止松動變形。他的載波頻率約爲幾千到十幾千赫,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爲嚴酷的考驗。另外,由PWM變頻器産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複沖擊下會加速老化。
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複雜。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幹涉,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,將産生共振現象,從而加大噪聲。由于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。
4、電動機對頻繁啓動、制動的適應能力
由于采用變頻器供電後,電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啓動,並可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動,爲實現頻繁啓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(cooling)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。

  二、變頻電動機的特点
1、電磁設計
  对普通异步电动机来说,再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频(frequency conversion)电动机,由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不在需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下:
1)
盡可能的減小定子和轉子電阻。高壓電機高壓電動機可用于驱动各种不同机械之用。如压缩机、水泵、破碎机、切削机床、运输机械及其它设备,供矿山、机械工业、石油化工工业、发电机等各种工业中作原动机用。
減小定子電阻即可降低(reduce)基波銅耗,以彌補高次諧波引起的銅耗增加
2)爲抑制電流中的高次諧波,需適當增加電動機的電感。但轉子(rotor)槽漏抗較大其集膚效應也大,高次諧波銅耗也增大。因此,電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速範圍內阻抗匹配的合理性。
3)變頻電動機的主磁路一般设计成不饱和状态,一是考虑高次谐波会加深磁路饱和,二是考虑在低频时,为了提高输出转矩而适当提高变频器(Variable-frequency Drive)的输出电压。
2、結構設計
在結構設計時,主要也是考慮(consider)非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、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,一般爲F級或更高,加強對地絕緣和線匝絕緣強度,特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。
2)對電機的振動、噪聲問題,要充分考慮電動機構件及整體的剛性,盡力提高其固有頻率,以避開與各次力波産生共振現象。
3)冷卻方式:一般采用強迫通風冷卻,即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動。
4)防止軸電流措施,對容量超過160KW電動機應采用軸承絕緣措施。主要是易産生磁路不對稱,也會産生軸電流,當其他高頻分量所産生的電流結合一起作用時,軸電流將大爲增加,從而導致軸承損壞,所以一般要采取絕緣措施。
5)对恒功率變頻電動機,当转速超过3000/min时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。
變頻電機可在0.1HZ--130HZ範圍長期運行,
普通電機可在:2極的爲20--65hz範圍長期運行.
     
4極的爲25--75hz範圍長期運行.
     
6極的爲30--85hz範圍長期運行.
     
8極的爲35--100hz範圍長期運行。

  
  

  
  

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