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文档简介
1、欧阳术创编 2021.02.02 欧阳美创编 2021.02.02 普通异步电动机与变频电机的 区别时间:2021.02.02创作:欧阳术变频电机和普通电机的区别一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的,不可能完全适应 变频调速的要求。以下为变频器对电机的影响1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器,在运行中均产生不同程度的谐波 电压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行。据资料介 绍,以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例,其低次谐 波基本为零,剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量 为:2u+l ( u为调制比)。高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜(铝)耗、铁耗 及附加损耗
2、的增加,最为显著的是转子铜(铝)耗。因为异步 电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的,因此, 高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后,便会产生很大的 转子损耗。除此之外,还需考虑因集肤效应所产生的附加铜 耗。这些损耗都会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减小,如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源 条件下,其温升一般要增加 10%-20%。2、电动机绝缘强度问题目前中小型变频器,不少是采用 PWM 的控制方式。他的 载波频率约为几千到十几千赫,这就使得电动机定子绕组要承 受很高的电压上升率,相当于对电动机施加陡度很大的冲击电 压,使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外
3、,由 PWM 变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上,会 对电动机对地绝缘构成威胁,对地绝缘在高压的反复冲击下会 加速老化。3、谐波电磁噪声与震动普通异步电动机采用变频器供电时,会使由电磁、机械、 通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含 有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干 涉,形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的 固有振动频率一致或接近时,将产生共振现象,从而加大噪 声。由于电动机工作频率范围宽,转速变化范围大,各种电磁 力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 由于采用变频器供电后,电动机
4、可以在很低的频率和电压 下以无冲击电流的方式启动,并可利用变频器所供的各种制动 方式进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件,因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下,给机 械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。5、低转速时的冷却问题首先,异步电动机的阻抗不尽理想,当电源频率较低时, 电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次,普通异步电动机再 转速降低时,冷却风量与转速的三次方成比例减小,致使电动 机的低速冷却状况变坏,温升急剧增加,难以实现恒转矩输 出。二、变频电动机的特点1、电磁设计对普通异步电动机来说,再设计时主要考虑的性能参数是 过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频
5、电动机,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 启动,因此,过载能力和启动性能不在需要过多考虑,而要解 决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。 方式一般如下:尽可能的减小定子和转子电阻。减小定子电阻即可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的 铜耗增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。3)变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态,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。2、结构
6、设计 再结构设计时,主要也是考虑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,一般注意以 下问题:1)绝缘等级,一般为F级或更高,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。2)对电机的振动、噪声问题,要充分考虑电动机构件及整 体的刚性,尽力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振 现象。3)冷却方式:一般采用强迫通风冷却,即主电机散热风扇 采用独立的电机驱动。4)防止轴电流措施,对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称,也会产生轴电流,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
7、般要采取绝缘措施。5 )对恒功率变频电动机,当转速超过3000/min时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。同步电动机:一、 特点:1、功率因数超前,一般额定功率因数为 0.9,有利于改善电网 的功率因数,增加电网容量。2、运行稳定性高,当电网电压突然下降到额定值的 80%时, 其励磁系统一般能自动调节实行强行励磁,保证电动机的运行 稳定。 3、 过载能力比相应的异步电动机大。4、 运行效率高,尤其是低速异步电动机。二、 启动方式 1、 异步启动法,同步电动机多数在转子 上装有类似与异步电机笼式绕组的启动绕组。再励磁回路串接 约为励磁绕组电阻值 10倍的附加电阻来构成闭合电路,把
8、同步 电动机的定子直接接入电网,使之按异步电动机启动,当转速 达到亚同步转速(95%)时,再切除附加电阻。 2、 变频启 动,用变频器启动,不在赘述。三、应用 作过油田节电的师傅都知道,油田的抽油机电机,由于要 求的启动转矩大,工程师设计时一般将电机设计的很大,这就 出现“大马拉小车”现象,如:55KW的抽油机电机,再平衡块 基本调好后,其实际有功一般在十几个KW,有时还小。我曾 做过这样的改造,将抽油机55KW异步电动机改为22KW同步 电机,后用变频器控制,当然也可以根据排液量或别的信号进 行自动控制。节电率可达 40%。因此,异步电动机,同步电动机,变频电动机三者各有特 点,主要看您所控
9、制的工况环境,当然还要根据工程成本,能 用异步电机尽量用异步电动机。普通的三相交流感应电机可以直接用于变频调速,但由于 变频调速的转速范围比较宽,所以普通的三相交流感应电机在 低速时由于冷却风量不足造成电机温升升高而烧毁;另外,变 频方式由于谐波太多,绕组线必须选择防电晕变频专用电磁 线。普通异步电动机与变频电机的区别文章目录 一、变频器对普通异步电动机的影响 1、电动机的效率和温升的问题 2、电动机绝缘强度问题3、谐波电磁噪声与震动4、电动机对频繁启动、制动的适应能力5、低转速时的冷却问题 二、变频电动机的特点1、电磁设计2、结构设计一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的,不可能完全适应变频
10、调速的要求。以下为变频器对电机的影响1、电动机的效率和温升的问题不论那种形式的变频器,在运行中均产生不同程度的谐波电 压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行。据资料介 绍,以目前普遍使用的正弦波 PWM 型变频器为例,其低次谐 波基本为零,剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量 为:2u+l ( u为调制比)。高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜(铝)耗、铁耗 及附加损耗的增加,最为显著的是转子铜(铝)耗。因为异步 电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的,因此, 高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后,便会产生很大的 转子损耗。除此之外,还需考虑因集肤效应所产生的附加铜 耗。这些
11、损耗都会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减 小,如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源 条件下,其温升一般要增加 l0%20%。2、电动机绝缘强度问题目前中小型变频器,不少是采用 PWM 的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫,这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率,相当于对电动机施加陡度很大的冲击电 压,使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外,由 PWM 变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上,会 对电动机对地绝缘构成威胁,对地绝缘在高压的反复冲击下会 加速老化。3、谐波电磁噪声与震动普通异步电动机采用变频器供电时,会使由电磁、机械、通 风等因素所引
12、起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有 的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉, 形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有 振动频率一致或接近时,将产生共振现象,从而加大噪声。由 于电动机工作频率范围宽,转速变化范围大,各种电磁力波的 频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。4、电动机对频繁启动、制动的适应能力由于采用变频器供电后,电动机可以在很低的频率和电压下 以无冲击电流的方式启动,并可利用变频器所供的各种制动方 式进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件,因而电 动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下,给机械 结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化
13、问题。5、低转速时的冷却问题首先,异步电动机的阻抗不尽理想,当电源频率较底时,电 源中高次谐波所引起的损耗较大。其次,普通异步电动机再转 速降低时,冷却风量与转速的三次方成比例减小,致使电动机 的低速冷却状况变坏,温升急剧增加,难以实现恒转矩输出。 二、变频电动机的特点1、电磁设计对普通异步电动机来说,再设计时主要考虑的性能参数是 过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机,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 启动,因此,过载能力和启动性能不在需要过多考虑,而要解 决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。 方式一般如下:1)尽可能的减小定子和转子
14、电阻。 减小定子电阻即可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗 增加2)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。3)变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态,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。2、结构设计在结构设计时,主要也是考虑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,一般注意以下 问题:1)绝缘等级,一般为F级或更高,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。2)对电机的振动、噪声问题,要充分考虑电动机构件及整体的 刚性,尽力提高其固有频率,以避开与各次力波产生共振现 象。3)冷却方式:一般采用强迫通风冷却,即主电机散热风扇采用 独立的电机驱动。4)防止轴电流措施,对容量超过160KW电动机应采用轴承绝 缘措施。主要是易产生磁路不对称,也会产生轴电流,当
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