變頻器對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)性能影響的研究

裴志遠(yuǎn)

摘 要：將變頻器使用到三相異步電動(dòng)機(jī)上，可以發(fā)揮其變頻，變壓和調(diào)速等方面的作用，但是其同樣會(huì)對(duì)于電機(jī)性能造成負(fù)面影響。文章從這個(gè)角度出發(fā)，積極探析變頻器對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)性能造成的影響。

關(guān)鍵詞：變頻器 三相異步電動(dòng)機(jī) 性能影響

中圖分類(lèi)號(hào)：TM32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0119-01

從理論上來(lái)講，任何形式的變頻器的輸出電壓，或者輸出電流中，都會(huì)出現(xiàn)高次諧波，這對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)的性能發(fā)揮會(huì)造成一定程度的影響。從這個(gè)角度來(lái)講，要想充分發(fā)揮變頻器在三相異步電動(dòng)機(jī)性能上的積極作用，就有必要積極探析其影響因子，在此基礎(chǔ)上做到趨利避害。

1 三相異步電動(dòng)機(jī)的概況

1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的含義

三相異步電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)體系中的重要組成部分，不同于其他電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場(chǎng)間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)而感生電動(dòng)勢(shì)和電流，并與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量變換，這種類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)我們將其稱(chēng)作為三相異步電動(dòng)機(jī)。

1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

三相異步電動(dòng)機(jī)之所以被廣泛的使用，是因?yàn)槠渥陨斫Y(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作效率相對(duì)較高，能夠最大化的發(fā)揮其效能。具體來(lái)講其運(yùn)作原理為：在三相電源與異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組相互連接之后，對(duì)稱(chēng)電流就會(huì)流入繞組，此時(shí)氣隙內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定速度旋轉(zhuǎn)的基波磁場(chǎng)，即n1=60f1/p。在對(duì)于轉(zhuǎn)子進(jìn)行切割的時(shí)候，短路轉(zhuǎn)子繞組會(huì)對(duì)于電動(dòng)勢(shì)形成感應(yīng)，電流感應(yīng)也是同樣的道理，在彼此之間作用的基礎(chǔ)上形成電磁轉(zhuǎn)矩，將成為驅(qū)動(dòng)力，使得電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 變頻器對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)性能的影響

變頻器對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)性能的影響是多方面的，涉及內(nèi)容比較多，牽涉層次比較廣泛，存在很多不確定性因素。具體來(lái)講，可以從以下幾個(gè)角度入手。

2.1 變頻器對(duì)于電動(dòng)機(jī)工作效率的影響

諧波電壓和諧波電流，是變頻器運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生的“附加品”，很容易使得三相異步電動(dòng)機(jī)處于非正弦電壓和電流運(yùn)作環(huán)境下。具體來(lái)講，高次諧波會(huì)使得資源消耗量增加，無(wú)論是鐵還是銅，在此基礎(chǔ)上使得轉(zhuǎn)子損耗量加劇。另外，在此過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生集膚效應(yīng)，使得損耗進(jìn)一步增大，一旦損耗達(dá)到極限，將使得電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)發(fā)熱的情況，此時(shí)運(yùn)作效率自然會(huì)大打折扣。

2.2 變頻器對(duì)于電動(dòng)機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的影響

一般情況下，在市面上購(gòu)買(mǎi)的變頻器，在生產(chǎn)的過(guò)程中都是采用PWM控制方式，其載波頻率范圍比較廣泛，使得異步電動(dòng)機(jī)線(xiàn)圈需要承受相對(duì)較高的電壓，造成du/dt取值偏大，在沖擊電壓的作用下，會(huì)使得電動(dòng)機(jī)絕緣出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。另外，變頻器運(yùn)作過(guò)程中產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓積累之后，都被疊加在電動(dòng)機(jī)上，同樣會(huì)對(duì)于地絕緣構(gòu)成威脅，使得絕緣的使用期限不斷縮短。

2.3 變頻器會(huì)造成過(guò)多過(guò)大的噪聲污染

以變頻器的供電方式，給予三相異步電動(dòng)機(jī)供電的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)噪音和振動(dòng)情況會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。從理論上來(lái)講，這是因?yàn)樽冾l器在運(yùn)作過(guò)程中，諧波電壓們相互干擾，使得電磁運(yùn)動(dòng)過(guò)激，形成電磁激振力，一旦其中頻率出現(xiàn)了近乎一致的情況，就會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，此時(shí)噪聲污染將會(huì)更加嚴(yán)重。依據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，變頻器供電方式的噪聲，相對(duì)于在正常供電方式噪聲加了15 dB左右。

2.4 變頻器對(duì)于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和制動(dòng)的影響

使用變頻器給予三相異步電動(dòng)機(jī)供電的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)可以在低電壓低頻率的環(huán)境下運(yùn)行，還可以實(shí)現(xiàn)便捷的控制和管理，也就是說(shuō)處于這種情況下，控制方式變得更加快捷。無(wú)疑將使得起動(dòng)和自動(dòng)次數(shù)變多，隨著次數(shù)的積累，將使得電動(dòng)機(jī)電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變的狀態(tài)，這對(duì)于電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)來(lái)講，是任務(wù)量的增加，這對(duì)于起動(dòng)和自動(dòng)裝置的使用壽命造成了負(fù)面影響。

2.5 變頻器對(duì)于電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)冷卻性的影響

從理論上來(lái)講，假設(shè)電源自身頻率處于比較低的水平，三相異步電動(dòng)機(jī)的阻抗作用難以發(fā)揮出來(lái)，電源產(chǎn)生出來(lái)的高次諧波會(huì)造成功耗損失，并且冷卻性也會(huì)隨著下降。簡(jiǎn)單來(lái)講，處于這種情況下的電動(dòng)機(jī)，溫度將可能急劇升高，給予其性能的有效發(fā)揮造成了極大的干擾。

3 如何發(fā)揮變頻器在三相異步電動(dòng)機(jī)中的積極作用

任何事物都是有著兩面性的，變頻器對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)講，也是一樣，存在積極方面的作用，當(dāng)然也存在消極方面的作用。對(duì)于我們來(lái)講，應(yīng)該在掌握其影響因素的基礎(chǔ)上，做到趨利避害。

3.1 多方面采取措施實(shí)現(xiàn)變頻器諧波的削弱

從某種角度上來(lái)講，削弱變頻器諧波是保證三相異步電動(dòng)機(jī)性能發(fā)揮的關(guān)鍵所在。對(duì)此，我們應(yīng)該積極做好以下幾方面的工作：其一，依據(jù)實(shí)際情況，在變頻器輸出側(cè)加裝正弦濾波器，以最大化的除掉變頻器輸出電壓和電流中的諧波，使得三相異步電動(dòng)機(jī)定子側(cè)的電流和電壓處于接近正弦波的狀態(tài)下；其二，積極在變頻器輸出側(cè)設(shè)置濾波電抗器，發(fā)揮電流補(bǔ)償作用的同時(shí)，發(fā)揮一定的濾波功能。

3.2 改善和調(diào)整電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)方案

首先，盡量采取措施去降低定子和轉(zhuǎn)子的電阻，使得基波銅損耗量不斷降低，使得高次諧波的銅損耗不斷增加，并在此基礎(chǔ)上使得電動(dòng)機(jī)處于低速狀態(tài)下的電阻不斷降低，使得轉(zhuǎn)矩得以提升；其次，積極從提高變頻器輸出電壓角度出發(fā)，以保證三相異步電動(dòng)機(jī)自身主磁路設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。

3.3 采取有效措施去處理噪聲污染問(wèn)題

對(duì)于噪聲問(wèn)題來(lái)講，我們應(yīng)該積極做好兩個(gè)方面的問(wèn)題：其一，依據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的定子和轉(zhuǎn)子槽，發(fā)揮其配合作用；其二，積極研究加工技術(shù)，使得定子和轉(zhuǎn)子的加工精度不斷提升，避免出現(xiàn)過(guò)大的縫隙，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于噪聲污染的抑制。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將變頻器使用到三相異步電動(dòng)機(jī)中去，的確可以發(fā)揮積極方面的作用，同時(shí)也存在很多的缺陷和不足。我們應(yīng)該在全面掌握其性能影響因素的基礎(chǔ)上，做到趨利避害，充分發(fā)揮變頻器在三相異步電動(dòng)機(jī)性能優(yōu)化方面的作用。

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