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工頻電機在變頻條件下使用,有些風險你必須知道!

作者:工頻電機在變頻條件下使用,有些風險你必須來源:工頻電機在變頻條件下使用,有些風險你必須 瀏覽次數: 日期:2018-05-10 09:05:53

普通異步電動機都是按恒頻率、恒電壓運行方案設計的,額定工作點附近比較窄的區域內能夠按設計預期高效運行,一般不宜用於寬範圍變頻調速。有些客戶基於成本的考慮,直接拿普通異步電動機當變頻電機用,導致電機故障頻發或使用壽命縮短。

 

實際上,不少的電機企業設計開發了寬頻電機,專門用於寬範圍變頻調速場合。那麽,話題回到“普通異步電動機當變頻電機用”這一命題,究竟這種簡單粗暴的應用有怎樣的潛在危害?有無升級到寬頻電機的必要?今天AG8官网從理論分析入手,理清故障頻發的內在機理,簡要說明問題。

 

效率降  溫升增

 

所有的變頻器在運行中都會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。變頻器的高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅耗、鐵耗及附加損耗的增加,最為顯著的是轉子銅耗。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在變頻器條件下使用,最為直接的是溫升的增加,特別是對於IP23係列電機影響更為嚴重

低速時冷卻效果變差

 

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。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,普通異步電動機轉速降低時,冷卻風量減小明顯,使電動機冷卻狀況變壞,直接結果是溫升急劇增加,也難以實現恒轉矩輸出。

 

絕緣強度無法滿足

 

變頻器的載波頻率非常高(約為幾千到十幾千赫),會使電機定子繞組承受很高的電壓,使電機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗,並對電動機對地絕緣構成威脅,最終的結果是電機因匝間 、相間和對地故障,嚴重時表現為繞組過載。因相間絕緣和對地絕緣的設計裕度都相對較大,電機更多的表現為匝間和過載,但對於自動嵌線機加工的不加相間塊的定子,相對故障也會相對較多。

 

導致電磁噪音和振動問題

 

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振動和噪聲問題更加複雜。變頻電源中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,會出現嚴重的電磁高頻噪聲並伴有一定程度的振動。

 

結構疲勞和絕緣老化

 

采用變頻器供電,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製動方式進行快速製動,為實現頻繁啟動和製動創造了條件,但電動機的機械係統和電磁係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。  

 

高性能變頻器的應用給電機行業帶來革命性變革,大多數電機試驗設備用靜止可調變頻電源取代了調壓器和變頻機組。但終端客戶大多工頻供電,必然帶來一個不容忽視的隱患:靜止可調變頻電源供電時電機能夠正常運轉,工頻供電可能無法正常起動。

 

電動機對頻繁啟動、製動的適應能力

 

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製動方式進行快速製動,為實現頻繁啟動和製動創造了條件,因而電動機的機械係統和電磁係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。 

 

針對以上情況,變頻電機采用以下設計:

 

1、盡可能減小定子和轉子電阻,降低基波銅耗,以彌補高次諧波引起的銅耗增加

2、主磁場不飽和設計,一是考慮高次諧波會加深磁路飽和,二是考慮在低頻時為了提高輸出轉矩可適當提高變頻器的輸出電壓

3、結構設計,主要是絕緣等級提高;對電動機的振動、噪聲問題充分考慮;冷卻方式采用強迫通風冷卻,即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動方式,強冷風扇的作用就是為了保證電機在低轉速下的冷卻。

4、變頻電機的線圈分布電容小一點,矽鋼片的電阻大些,這樣高頻脈衝對電機的影響就小了,電機的電感濾波效果要好些。

5、普通電機即工頻電機隻需要考慮啟動過程和工頻一個點的工作情況,然後設計電機;而變頻電機需要考慮啟動過程和變頻範圍內的所有點工作情況,然後設計電機。 

6、為了適應變頻器輸出的PWM調寬波模擬正弦交流電含有大量諧波,專門製作的變頻電機,其作用實際上可理解為電抗器加普通電機。

 

如何區分普通電機和變頻電機?

 

一.普通電機和變頻電機結構上的區別


01.絕緣等級要求更高
  一般變頻電機的絕緣等級為F級或更高,加強對地絕緣和線匝絕緣強度,特別要考慮絕緣耐衝擊電壓的能力。


02.變頻電機的振動、噪聲要求更高
  變頻電機要充分考慮電動機構件及整體的剛性(公眾號:泵管家),盡力提高其固有頻率,以避開與各次力波產生共振現象。


03.變頻電機冷卻方式不同
  變頻電機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。


04.保護措施要求不同
  對容量超過160KW變頻電動機應采用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱,也會產生軸電流,當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時,軸電流將大為增加,從而導致軸承損壞,所以一般要采取絕緣措施。 對恒功率變頻電動機,當轉速超過3000/min時,應采用耐高溫的特殊潤滑脂,以補償軸承的溫度升高。


05.散熱係統不同
  變頻電機散熱風扇采用獨立電源供電,保證持續的散熱能力。

二.普通電機和變頻電機設計上的區別


01.電磁設計
  對普通異步電動機來說,再設計時主要考慮的性能參數是過載能力、啟動性能、效率和功率因數。而變頻電動機,由於臨界轉差率反比於電源頻率,可以在臨界轉差率接近1時直接啟動,因此,過載能力和啟動性能不在需要過多考慮,而要解決的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。

 


02.結構設計
  
在結構設計時,主要也是要考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、噪聲冷卻方式等方麵的影響。