變頻器對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)性能影響的研究

張文美 孫梅

摘 要：通過(guò)采用變頻器來(lái)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電的過(guò)程中，變頻器輸出電壓以及電流中會(huì)具有著大量的高次諧波，一般情況會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)損耗出現(xiàn)增加，出現(xiàn)一定震動(dòng)和噪音等不良影響。在本文中是針對(duì)了變頻器對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的性能影響作出了全面分析，在這個(gè)基礎(chǔ)上提出了下文中內(nèi)容，希望可以為同行業(yè)工作人員提供一定參考的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：變頻器；三相異步電動(dòng)機(jī)；性能；分析

1 變頻器影響三相異步電動(dòng)機(jī)的性能分析

1.1 關(guān)于電動(dòng)機(jī)的工作效率影響分析

對(duì)于變頻器來(lái)說(shuō)，在工作中會(huì)有一定的諧波電流和諧波電壓，因此在為三相異步電動(dòng)供電的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在非正弦的電壓以及電流下運(yùn)行，由于高次諧波將會(huì)使其耗鐵以及耗銅量出現(xiàn)增加，并且轉(zhuǎn)子損耗也將會(huì)出現(xiàn)一定程度的增加，這主要是因?yàn)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)工作中，基波的頻率轉(zhuǎn)速做出了同步的旋轉(zhuǎn)，所以在高次的諧波電壓之下，將會(huì)出現(xiàn)比較大的轉(zhuǎn)差，對(duì)其轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條做出相應(yīng)切割以及導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的損耗出現(xiàn)了一定的增加。在此之外也將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的銅損出現(xiàn)增加，如果損耗達(dá)到一定程度，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)自身過(guò)熱，并且電動(dòng)自身運(yùn)行的效率也將會(huì)下降。

1.2 關(guān)于電動(dòng)機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的影響分析

對(duì)于市面當(dāng)中所看到的變頻器而言，通常情況下其控制范式主要是為PWM，并且載波頻率主要是從幾千赫茲一直到十幾千的赫茲，因此針對(duì)于電動(dòng)而言，自身線圈需要能夠承受住一個(gè)較大電壓上升，也就是電動(dòng)機(jī)的du/dt值較高。然而在線圈上面進(jìn)行施加電壓陡度后也會(huì)受到較大的電壓沖擊，對(duì)于這些電壓而言也將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣存在著影響，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)存在著損耗。此外由于變頻器存在著矩形波沖擊電壓也將會(huì)直接疊加到電動(dòng)機(jī)自身電壓上面，導(dǎo)致外部絕緣受到影響以及絕緣出現(xiàn)了加速的老化。

1.3 會(huì)影響到電動(dòng)機(jī)的噪音以及震動(dòng)出現(xiàn)加快

變頻器對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)提供用電時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)自身的噪聲以及震動(dòng)出現(xiàn)增加，這主要是因?yàn)樽冾l器運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)諧波電壓，進(jìn)而和電動(dòng)機(jī)之間出現(xiàn)了相互的干擾，直接導(dǎo)致出現(xiàn)各種形式電磁震力，然而電磁震力自身頻率以及結(jié)構(gòu)件自身的震動(dòng)和電動(dòng)機(jī)震動(dòng)較為接近情況下，從而導(dǎo)致出現(xiàn)了共振問(wèn)題，由于電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行工作的時(shí)候自身的頻率范圍是比較寬，并且轉(zhuǎn)速范圍也是相對(duì)而言比較大，因此各種電磁波的頻率便無(wú)法能夠避開(kāi)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)之中所存在著的固有頻率，通常情況下在應(yīng)用變頻器為三相異步電動(dòng)供電的時(shí)候，噪聲勢(shì)是比電網(wǎng)供電大十五到二十分貝左右。

1.4 關(guān)于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)以及制動(dòng)能力的影響分析

通過(guò)采取變頻器來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行供電的過(guò)程中，要是電動(dòng)機(jī)可以在比較低電壓和頻率之下進(jìn)行無(wú)沖擊電流啟動(dòng)，從而可以通過(guò)變頻器的功能來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)做出制定，對(duì)于這種做法而言，雖然是可以直接的實(shí)現(xiàn)頻率起動(dòng)和制動(dòng)，然而也將會(huì)伴隨著啟動(dòng)和制動(dòng)的次數(shù)出現(xiàn)增多，也直接的導(dǎo)致了電動(dòng)機(jī)電磁將會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于在一個(gè)循環(huán)的狀態(tài)之下，最終導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)存在著勞損，導(dǎo)致老化的程度出現(xiàn)了一定的加快，嚴(yán)重的對(duì)電動(dòng)機(jī)的使用壽命帶來(lái)的影響。因此在電動(dòng)機(jī)進(jìn)行使用的過(guò)程中必須要對(duì)其給與高度的重視，從而保證電動(dòng)機(jī)能夠穩(wěn)定高效的運(yùn)行。

2 關(guān)于變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)工作性能存在問(wèn)題的解決措施分析

2.1 需要消弱變頻器中的諧波

在上述進(jìn)行分析后，變頻器輸出電壓和電流之中會(huì)有著一定程度諧波，對(duì)于這些諧波而言將會(huì)導(dǎo)致三相異步電動(dòng)機(jī)性能帶來(lái)較為嚴(yán)重影響。因此必須對(duì)變頻器輸出的電壓和電流之中諧波進(jìn)行消除，這樣也能夠全面的提高電動(dòng)機(jī)自身性能，所以為了能夠達(dá)到一個(gè)最為理想的濾波效果，可以對(duì)變頻器輸出位置來(lái)增加一個(gè)正弦濾波器和濾波的電抗器，正弦濾波器能夠?qū)敵鲭妷阂约半娏髦械闹C波進(jìn)行出去，使其能夠讓三相異步電動(dòng)機(jī)中的定子測(cè)電流以及電壓等無(wú)限接近正弦波。對(duì)于電抗器而言，不僅僅可以在長(zhǎng)導(dǎo)線的時(shí)候?qū)ζ潆娏鞔嬖谥a(bǔ)償?shù)淖饔茫材軐?duì)機(jī)電端子所經(jīng)過(guò)的電壓具有限制的作用，讓濾波電抗器有著一定的濾波作用。但是對(duì)變頻器的輸出電壓以及電流的諧波進(jìn)行抑制后，能夠更好的提高三相異步電動(dòng)機(jī)的性能，同時(shí)也能夠更好的保證電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定和高效。

2.2 對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁設(shè)計(jì)改進(jìn)方法分析

第一便是需要對(duì)定和轉(zhuǎn)子的電阻進(jìn)行降低，并且是可以通過(guò)采取電阻的方式來(lái)降低銅耗的損失，同時(shí)也能夠彌補(bǔ)高次諧波所出現(xiàn)了銅耗增加，也可以使電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行低速運(yùn)行的時(shí)候定子電阻壓出現(xiàn)降低，還可以對(duì)最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行提升。第二是可以提高變頻器的輸出電壓。針對(duì)于一些變頻器的調(diào)速而言，三相異步電動(dòng)機(jī)自身的主磁路設(shè)計(jì)以及飽和度等方面也有著一定的不足，主要是由于電源之中的高次諧波將會(huì)直接的使磁路自身的飽和度出現(xiàn)增加，因此為了能夠全面的對(duì)電動(dòng)機(jī)的低頻輸出轉(zhuǎn)子進(jìn)行提高，必須要適當(dāng)?shù)膶?duì)變頻器的輸出電壓進(jìn)行增加。

2.3 關(guān)于噪聲以及震動(dòng)的問(wèn)題解決分析

針對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)所存在著的震動(dòng)以及噪聲問(wèn)題來(lái)說(shuō)，主要是存在著兩種方法，第一是需要選擇適合的定和轉(zhuǎn)子槽來(lái)進(jìn)行配合。第二便是需要對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子部件加工和轉(zhuǎn)配的精度進(jìn)行全面的提高，從而使其氣隙能夠均勻，同時(shí)轉(zhuǎn)子的平衡精度和電磁對(duì)稱性得到提高，最終使其電動(dòng)機(jī)的噪聲和震動(dòng)得到全面的降低，保證電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。

3 總結(jié)

對(duì)上述內(nèi)容作出分析后可以看出，由于一些普通的三相異步電動(dòng)機(jī)對(duì)于高次諧波并沒(méi)有能夠起到抑制的作用，但是采取常規(guī)的設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出來(lái)的電動(dòng)機(jī)也無(wú)法能夠滿足變頻器的實(shí)際需要，所以在日后必須要將其重點(diǎn)放置到變頻器設(shè)計(jì)優(yōu)化和材料優(yōu)化等方法，這樣也能夠?qū)τ谌喈惒诫妱?dòng)機(jī)的節(jié)能有著十分重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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[2]馮衛(wèi)東.小功率三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)研究[D].貴州大學(xué)，2009.

（作者單位：西門(mén)子機(jī)電（中國(guó)）有限公司）