电机变频供电的利与弊 
发布时间:2019-03-05
变频电机和工频电机是截然不同的两个系列产品,但客户将工频电机变频使用又是很常见的一种做法。无论对电机生产厂或配套设备厂,这种简单易行的方法或许最为经济、快捷,但存在极大的风险:可能导致电机寿命减少或直接烧毁。

电机变频供电的利与弊 

  变频电机和工频电机是截然不同的两个系列产品,但客户将工频电机变频使用又是很常见的一种做法。无论对电机生产厂或配套设备厂,这种简单易行的方法或许最为经济、快捷,但存在极大的风险:可能导致电机寿命减少或直接烧毁。

既然工频电机变频使用很常见,无疑有其合理的一面。异步电机的转速与电源频率成正相关:即频率高,转速也高(不考虑转差的影响,成正比);输出转矩和电流的大小与负载(=“动负荷”+“静负荷或稳态负荷)有关,若谐波成分的影响不十分严重,额定负载时电流增长的幅度并不大;电机运行时变频范围不小于额定频率的30%。符合上述情况的往往还挺多,实际运行时转速不至于低到过于影响通风散热,电流增长幅度也不至于太大,因而电机确能按设计预期正常工作。

所谓极大风险,缘于大多终端用户并不清楚变频供电时,变频器会输出大量的高频谐波,某一转速时电机可能共振。因而额定负荷时会过载(电流增幅太大)、高频谐波击穿线包或漆包线绝缘、调速过程中啸叫或剧烈振动,有些时候甚至会引发变频器功率模块爆炸。

本文就变频电机的特殊性进行一个简单的归纳和总结,旨在减少变频器供电电机运行时的风险,发生意外时将损失降到最低。

性能参数选择的差异性

对普通异步电动机来说,设计时主要考虑的性能参数是过载能力、起动性能、效率和功率因数,而变频电机,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时直接起动,因此,过载能力和启动性能不需要过多考虑,而要解决的关键问题是如何改善电机对非正弦波电源的适应能力。因而在设计环节采取的措施主要有:

·         尽可能的减小定子和转子电阻。因为 减小定子电阻可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增加。

·         为抑制电流中的高次谐波,需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大,高次谐波铜耗也增大。因此,电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

·         将主磁路设计成不饱和状态,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。

结构设计对策

结构设计时,充分考虑和评价非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声、冷却方式等方面的影响,可以通过以下方式保证产品的性能符合要求:

1、一般为F级或更高的绝缘等级,加强对地绝缘和线匝绝缘强度,特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。 有的电机生产厂家采用加厚漆膜电磁线,规范的电机生产厂家采用变频电机专用电磁线。从电磁线的性能指标分析,变频电磁线采用的漆有别与普通电磁线,采用加厚线会有一定效果,但解决不了根本问题。但从成本造价分析,变频电磁线要比普通电磁线价位高。

2、要充分考虑电动机构件及整体的刚性,以有效规避电机的振动和噪声问题,从提高电机固有频率的角度,避开与各次力波产生共振现象。

3、对容量超过132千瓦的电动机应采用轴承绝缘措施。主要是因为变频电机容易产生磁路不对称,导致电机运行时产生轴电流,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。

4、对恒功率变频电动机,当转速超过2P电机同步转速时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以保证轴承运行时的润滑效果,必要时应选用特殊的耐高温轴承。

不同的电机厂家,同规格的电磁方案不尽相同,但电机运行的实际效果会有一些差异性;相同的产品,由于使用工况的特殊性,也会导致同规格产品稳定性的差异。建议,电机生产厂家应尽力充分了解电机的使用工况,通过产品的顶层设计改进规避实际的使用风险。


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