工頻電機改變頻的危害

我們今天就簡單談?wù)劰ゎl電機變頻使用的問題。

普通異步電動機都是按恒頻率、恒電壓運行方案設(shè)計的，額定工作點附近比較窄的區(qū)域內(nèi)能夠按設(shè)計預(yù)期高效運行，一般不宜用于寬范圍變頻調(diào)速。有些客戶基于成本的考慮，直接拿普通異步電動機當變頻電機用，導(dǎo)致電機故障頻發(fā)或使用壽命縮短。實際上，不少的電機企業(yè)設(shè)計開發(fā)了寬頻電機，專門用于寬范圍變頻調(diào)速場合。那么，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(yīng)用有怎樣的潛在危害？有無升級到寬頻電機的必要？今天我們從理論分析入手，理清故障頻發(fā)的內(nèi)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(chǎn)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(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅耗。這些損耗都會使電動機額外發(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，特別是對于IP２３系列電機影響更為嚴重。

低速時冷卻效果變差

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(zhuǎn)速降低時，冷卻風(fēng)量減小明顯，使電動機冷卻狀況變壞，直接結(jié)果是溫升急劇增加，也難以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)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，并對電動機對地絕緣構(gòu)成威脅，最終的結(jié)果是電機因匝間 、相間和對地故障，嚴重時表現(xiàn)為繞組過載。因相間絕緣和對地絕緣的設(shè)計裕度都相對較大，電機更多的表現(xiàn)為匝間和過載，但對于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(dǎo)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(fēng)等因素所引起的振動和噪聲問題更加復(fù)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干涉，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(chǎn)生共振現(xiàn)象，會出現(xiàn)嚴重的電磁高頻噪聲并伴有一定程度的振動。

結(jié)構(gòu)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沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現(xiàn)頻繁啟動和制動創(chuàng)造了條件，但電動機的機械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題。

高性能變頻器的應(yīng)用給電機行業(yè)帶來革命性變革，大多數(shù)電機試驗設(shè)備用靜止可調(diào)變頻電源取代了調(diào)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(diào)變頻電源供電時電機能夠正常運轉(zhuǎn)，工頻供電可能無法正常起動。Ms.參的朋友小C就有這樣的遭遇：一臺多速電機，靜止可調(diào)變頻電源試驗（變頻起動）時一切正常，客戶工頻供電在某一個轉(zhuǎn)速下無法起動。因此，模擬實際工況電源試驗合格的變頻電機應(yīng)用到傳統(tǒng)工頻供電場合同樣可能存在致命缺陷。

電機工頻和變頻的區(qū)別

工頻是指市電的頻率，在我國是50Hz，其他國家也有60Hz的。中國電力工業(yè)的市電標準頻率定為50赫茲。不論那種形式的變頻器，在運行中均產(chǎn)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。根據(jù)資料表示，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）。高次諧波會引起電動機定子銅耗、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。因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此，鉗形接地電阻測試儀高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后，便會產(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。這些損耗都會使電動機額外發(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%。

變頻電機主要適合用在頻率變化較大，轉(zhuǎn)速比工頻很低的工況，因為普通電機轉(zhuǎn)速很低時風(fēng)扇的風(fēng)量太小，電機容易發(fā)熱。變頻電機的風(fēng)扇不與電機轉(zhuǎn)子同軸，是獨立的，自帶一個風(fēng)扇用小電機。

變頻就是改變供電頻率，從而調(diào)節(jié)負載，起到降低功耗，減小損耗，延長設(shè)備使用壽命等作用。變頻技術(shù)的核心是變頻器，通過對供電頻率的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)電動機運轉(zhuǎn)速度率的自動調(diào)節(jié)，把50Hz的固定電網(wǎng)頻改為30一130 Hz的變化頻率。同時，還使電源電壓適應(yīng)范圍達到142-270V，解決了由于電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定而影響電器工作的難題。通 過改變交流電頻的方式實現(xiàn)交流電控制的技術(shù)就叫變頻技術(shù)。

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