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變頻電機與各類電機的本質(zhì)區(qū)別是什么？

時間：2023-11-30 11:20:01

關(guān)鍵字：變頻電機電機變頻器

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[導(dǎo)讀]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。

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。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，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%。

電動機絕緣強度問題

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，這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當(dāng)于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴(yán)酷的考驗。另外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機對地絕緣構(gòu)成威脅，對地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會加速老化。

諧波電磁噪聲與震動

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)等因素所引起的震動和噪聲變的更加復(fù)雜。變頻電源中含有的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(dāng)電磁力波的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，從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構(gòu)件的固有震動頻率。

電動機對頻繁啟動、制動的適應(yīng)能力

由于采用變頻器供電后，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(jìn)行快速制動，為實現(xiàn)頻繁啟動和制動創(chuàng)造了條件，因而電動機的機械系統(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。

低轉(zhuǎn)速時的冷卻問題

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

電機" target="_blank">變頻電機工作原理

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

變頻電機和普通電機之間存在以下幾個主要區(qū)別：

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

變頻電機

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

3.啟動和停止特性：變頻電機的啟動和停止過程較為平穩(wěn)，可以減少啟動時的沖擊力和對設(shè)備的磨損。普通電機在啟動時需要較高的起動電流，可能對電網(wǎng)造成較大的電壓波動，并且會對設(shè)備產(chǎn)生較大的機械應(yīng)力。

4.需要外部設(shè)備：變頻電機需要使用變頻器(也稱為變頻驅(qū)動器)來實現(xiàn)頻率和電壓的調(diào)節(jié)，而普通電機不需要額外的設(shè)備。

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

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

變頻電機是用于帶有變頻器特殊場合的電動機，它與普通電機的不同之處在于增加了強冷風(fēng)扇，且該風(fēng)扇的動力來自于單獨的電源，不能從主電機出線，強冷風(fēng)扇的作用就是為了保證電機在低轉(zhuǎn)速下的冷卻。

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

差異性具體表現(xiàn)在以下方面：

1、從工頻的角度看，普通電機是好電機，變頻電機是劣質(zhì)電機;

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)過電抗器濾波后才能進(jìn)入普通電機，否則普通電機會發(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，專門制作的變電機其作用實際上可理解為電抗器加普通電機;

4、同功率的變頻電機比普通電機鐵芯截面要大，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;

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)子動平衡;

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

7、如果變頻電機不具備上述特點和要求，那就是假的變頻電機變頻。

電機較普通電機、恒頻恒壓，在結(jié)構(gòu)上的差異性有：

1、絕緣等級：一般為F級或較高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力;

2、對電機的振動、噪聲問題：要充分考慮電動機構(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：一般采用強迫通風(fēng)冷卻，即主電機散熱風(fēng)扇采用獨立的電機驅(qū)動;