變頻電機(jī)與各類電機(jī)的本質(zhì)區(qū)別是什么？

不論那種形式的變頻器，在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。拒資料介紹，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(huì)引起電動(dòng)機(jī)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?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)是以接近于基波頻率所對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此，高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后，便會(huì)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(huì)使電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)運(yùn)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%。

電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問(wèn)題

目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動(dòng)機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當(dāng)于對(duì)電動(dòng)機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓，使電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣承受較為嚴(yán)酷的考驗(yàn)。另外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓上，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅，對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。

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諧波電磁噪聲與震動(dòng)

普通異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)和噪聲變的更加復(fù)雜。變頻電源中含有的各次時(shí)間諧波與電動(dòng)機(jī)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(dāng)電磁力波的頻率和電動(dòng)機(jī)機(jī)體的固有振動(dòng)頻率一致或接近時(shí)，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。由于電動(dòng)機(jī)工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動(dòng)機(jī)的各構(gòu)件的固有震動(dòng)頻率。

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電動(dòng)機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力

由于采用變頻器供電后，電動(dòng)機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無(wú)沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件，因而電動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。

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低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問(wèn)題

首先，異步電動(dòng)機(jī)的阻抗不盡理想，當(dāng)電源頻率較底時(shí)，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動(dòng)機(jī)再轉(zhuǎn)速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小，致使電動(dòng)機(jī)的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。

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電機(jī)" target="_blank">變頻電機(jī)工作原理

下圖(a)是拆開的風(fēng)扇電機(jī)的照片，風(fēng)扇采用的是變頻電機(jī)，這從線圈所在的位置就可以辨認(rèn)出來(lái)。下圖(b)是變頻電機(jī)控制電路板，控制芯片將集DSP功能與驅(qū)動(dòng)器于一體，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)控制芯片編程，可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。

變頻電機(jī)和普通電機(jī)之間存在以下幾個(gè)主要區(qū)別：

1.轉(zhuǎn)速控制能力：變頻電機(jī)具有可調(diào)節(jié)的電源頻率和電壓，可以實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)速控制。相比之下，普通電機(jī)的轉(zhuǎn)速是固定的，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

變頻電機(jī)

2.節(jié)能性能：由于可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整電源頻率和電壓，變頻電機(jī)可以在不同負(fù)載條件下運(yùn)行，并根據(jù)需求自動(dòng)調(diào)整功率輸出，從而提高能效并實(shí)現(xiàn)能耗節(jié)約。普通電機(jī)則無(wú)法調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，只能以額定功率運(yùn)行，無(wú)法靈活適應(yīng)不同工況。

3.啟動(dòng)和停止特性：變頻電機(jī)的啟動(dòng)和停止過(guò)程較為平穩(wěn)，可以減少啟動(dòng)時(shí)的沖擊力和對(duì)設(shè)備的磨損。普通電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)需要較高的起動(dòng)電流，可能對(duì)電網(wǎng)造成較大的電壓波動(dòng)，并且會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生較大的機(jī)械應(yīng)力。

4.需要外部設(shè)備：變頻電機(jī)需要使用變頻器(也稱為變頻驅(qū)動(dòng)器)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率和電壓的調(diào)節(jié)，而普通電機(jī)不需要額外的設(shè)備。

5.成本和復(fù)雜性：由于變頻電機(jī)需要額外的變頻器和控制系統(tǒng)，相比之下，普通電機(jī)的成本較低，并且相對(duì)簡(jiǎn)單，維護(hù)和操作較為方便。

需要注意的是，變頻電機(jī)并不適用于所有應(yīng)用場(chǎng)景。在一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用中，如傳送帶、風(fēng)扇等，普通電機(jī)已經(jīng)可以很好地滿足要求。變頻電機(jī)通常應(yīng)用于需要精確調(diào)速和能效優(yōu)化的場(chǎng)合，比如工業(yè)生產(chǎn)線、機(jī)械備和建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)等。

變頻電機(jī)是用于帶有變頻器特殊場(chǎng)合的電動(dòng)機(jī)，它與普通電機(jī)的不同之處在于增加了強(qiáng)冷風(fēng)扇，且該風(fēng)扇的動(dòng)力來(lái)自于單獨(dú)的電源，不能從主電機(jī)出線，強(qiáng)冷風(fēng)扇的作用就是為了保證電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下的冷卻。

變頻電機(jī)可以使電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠調(diào)整，進(jìn)而根據(jù)負(fù)荷情況實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的;普通電機(jī)是一個(gè)具有固定轉(zhuǎn)速的設(shè)備，不能調(diào)整。兩者之間沒(méi)有很大的區(qū)別，變頻電機(jī)的線圈分布電容小一點(diǎn)，矽鋼片的電阻大些，這樣高頻脈沖對(duì)電機(jī)的影響就小了，電機(jī)的電感濾波效果要好些。在電機(jī)的制造工藝方面兩者的差異性較大，普通電機(jī)即工頻電機(jī)只需要考慮啟動(dòng)過(guò)程和工頻的工作情況，然后設(shè)計(jì)電機(jī);而變頻電機(jī)需要考慮啟動(dòng)過(guò)程和變頻范圍內(nèi)的所有工作情況，然后設(shè)計(jì)電機(jī)。

差異性具體表現(xiàn)在以下方面：

1、從工頻的角度看，普通電機(jī)是好電機(jī)，變頻電機(jī)是劣質(zhì)電機(jī);

2、由于變頻器輸出的PWM調(diào)寬波模擬正弦交流電，含有大量諧波，一般需要經(jīng)過(guò)電抗器濾波后才能進(jìn)入普通電機(jī)，否則普通電機(jī)會(huì)發(fā)熱;

3、為了適應(yīng)變頻器輸出的PWM調(diào)寬波模擬正弦交流電含有大量諧波，專門制作的變電機(jī)其作用實(shí)際上可理解為電抗器加普通電機(jī);

4、同功率的變頻電機(jī)比普通電機(jī)鐵芯截面要大，線圈匝數(shù)要多線徑要大，絕緣要高，要使用專門的冷卻風(fēng)扇電機(jī);

5、為了適應(yīng)弱磁調(diào)速的需要，考慮了軸承的承受能力及高速轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡;

6、變頻電機(jī)不具備良好的轉(zhuǎn)矩特性，只是克服了普通電機(jī)不適應(yīng)PWM調(diào)寬波模擬以正弦交流電的需要;

7、如果變頻電機(jī)不具備上述特點(diǎn)和要求，那就是假的變頻電機(jī)變頻。

電機(jī)較普通電機(jī)、恒頻恒壓，在結(jié)構(gòu)上的差異性有：

1、絕緣等級(jí)：一般為F級(jí)或較高，加強(qiáng)對(duì)地絕緣和線匝絕緣強(qiáng)度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力;

2、對(duì)電機(jī)的振動(dòng)、噪聲問(wèn)題：要充分考慮電動(dòng)機(jī)構(gòu)件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象;

3、冷卻方式：一般采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng);

4、防止軸電流措施，對(duì)容量超過(guò)160KW電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是容易產(chǎn)生磁路不對(duì)稱，也會(huì)產(chǎn)生軸電流，當(dāng)其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結(jié)合一起作用時(shí)，軸電流將大為增加，從而導(dǎo)致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施;

5、對(duì)恒功率變頻電動(dòng)機(jī)：當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)3000/min時(shí)，應(yīng)采用耐高溫的特殊潤(rùn)滑脂，以補(bǔ)償軸承的溫度升高。