【導(dǎo)讀】變頻器在運(yùn)行中能產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行，里面的高次諧波會引起電動機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及附加損耗增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅耗，這些損耗會使電動機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，普通電動機(jī)溫升一般要增加10%－20%。
普通電動機(jī)是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的，不可能完全適應(yīng)變頻器調(diào)速的要求，因此不能多做變頻電機(jī)使用。
01 變頻器對電機(jī)的影響主要在電動機(jī)的效率和溫升
變頻器在運(yùn)行中能產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行，里面的高次諧波會引起電動機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及附加損耗增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅耗，這些損耗會使電動機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，普通電動機(jī)溫升一般要增加10%－20%。
普通電機(jī) 帶獨(dú)立散熱風(fēng)扇的變頻電機(jī)
02 電動機(jī)的絕緣強(qiáng)度問題
變頻器載波頻率從幾千到十幾千赫，使得電動機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當(dāng)于對電動機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機(jī)的匝間絕緣承受較為嚴(yán)重的考驗(yàn)。
03 諧波電磁噪聲與震動
普通電動機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會使由電磁、機(jī)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諧波與電動機(jī)電磁部分固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力，從而加大噪聲。由于電動機(jī)的工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機(jī)的各結(jié)構(gòu)件的固有振動頻率。
04 低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問題
當(dāng)電源頻率較低時(shí)，電源中的高次諧波所引起的損耗較大；其次變通電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成正比減小，致使電機(jī)熱量散發(fā)不出去，溫升急劇增加，難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。
05 針對以上情況，變頻電機(jī)采用以下設(shè)計(jì)
盡可能減小定子和轉(zhuǎn)子電阻，降低基波銅耗，以彌補(bǔ)高次諧波引起的銅耗增加。
主磁場不飽和設(shè)計(jì)，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時(shí)為了提高輸出轉(zhuǎn)矩可適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是絕緣等級提高；對電動機(jī)的振動、噪聲問題充分考慮；冷卻方式采用強(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)動方式，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)的線圈分布電容小一點(diǎn)，矽鋼片的電阻大些，這樣高頻脈沖對電機(jī)的影響就小了，電機(jī)的電感濾波效果要好些。
普通電機(jī)即工頻電機(jī)只需要考慮啟動過程和工頻一個(gè)點(diǎn)的工作情況（公眾號：機(jī)電人脈），然后設(shè)計(jì)電機(jī)；而變頻電機(jī)需要考慮啟動過程和變頻范圍內(nèi)的所有點(diǎn)工作情況，然后設(shè)計(jì)電機(jī)。
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，專門制作的變頻電機(jī)，其作用實(shí)際上可理解為電抗器加普通電機(jī)。
01 普通電機(jī)和變頻電機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別
1. 絕緣等級要求更高
一般變頻電機(jī)的絕緣等級為F級或更高，加強(qiáng)對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. 變頻電機(jī)的振動、噪聲要求更高
變頻電機(jī)要充分考慮電動機(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.變頻電機(jī)冷卻方式不同
變頻電機(jī)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。
4. 保護(hù)措施要求不同
對容量超過160kW變頻電動機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對稱，也會產(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。對恒功率變頻電動機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3000/min時(shí)，應(yīng)采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補(bǔ)償軸承的溫度升高。
5. 散熱系統(tǒng)不同
變頻電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立電源供電，保證持續(xù)的散熱能力。
02 普通電機(jī)和變頻電機(jī)設(shè)計(jì)上的區(qū)別
1. 電磁設(shè)計(jì)
對普通異步電動機(jī)來說，在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、啟動性能、效率和功率因數(shù)。而變頻電動機(jī)，由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率，可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近1時(shí)直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動機(jī)對非正弦波電源的適應(yīng)能力。
2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要也是要考慮非正弦電源特性對變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響。
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