異步電機和變頻電機有什么區別?如何選擇?
1.普通異步電機采用恒頻恒壓設計,不能滿足變頻調速的要求。變頻器對電機的影響如下:
1.電機的效率和溫升。無論哪種變頻器,運行中都會產生不同程度的諧波電壓和電流,使電機在非正弦電壓和電流下運行。雖然有數據介紹,但常用的正弦波PWM以逆變器為例,其低諧波基本為零,其余高諧波分量約為載波頻率的兩倍,為2倍u+1(u調制指數)。高諧波會導致定子銅消耗、轉子銅(鋁)消耗、鐵消耗和附加損耗的增加,其中顯著的是轉子銅(鋁)消耗。由于異步電機以接近基頻的同步速度旋轉,高諧波電壓在以較大的轉差率切割轉子線桿后會造成很大的轉子損耗。此外,還應考慮皮膚效應引起的額外銅消耗。這些損耗會導致電機產生額外的熱量,降低其效率和輸出功率。例如,一臺普通的三相異步電機在變頻器輸出非正弦功率時運行,其溫升一般會增加10%-20%。2.電機的絕緣強度。目前,許多中小型變頻器都在使用PWM控制方式。他的載波頻率大約是幾千到幾十千赫茲,這使得電機的定子繞組承受著很高的電壓上升率,相當于對電機施加了陡峭的沖擊電壓,使電機匝間絕緣受到嚴峻考驗。另外,PWM逆變器產生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電機的運行電壓上,會對電機的地面絕緣構成威脅,在高壓的反復沖擊下會加速地面絕緣的老化。
3.諧波電磁噪聲和振動。當普通異步電機由變頻器供電時,由電磁、機械、通風等因素引起的振動和噪聲會變得更加復雜。變頻電源中包含的時間諧波干擾電機電磁部分固有的空間諧波,形成各種電磁激振力。當電磁波的頻率與電機本體固有的振動頻率相同或接近時,就會產生共振,從而增加噪音。由于電機工作頻率范圍廣,變速范圍大,各種電磁波的頻率難以避免電機各部件固有的振動頻率。
4.電機對頻繁啟動和制動的適應性。由于逆變器供電,電機可以在低頻和電壓下無沖擊電流啟動,逆變器提供的各種制動方法可用于快速制動,為頻繁啟動和制動創造條件。因此,電機的機械系統和電磁系統在循環交變力的作用下,給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化。
5.低速冷卻問題。首先,異步電機的阻抗并不理想。當電源頻率較低時,電源中高諧波造成的損耗較大。其次,當普通異步電機再轉速降低時,冷卻風量與轉速三次方成正比,導致電機低速冷卻條件惡化,溫升急劇增加,難以實現恒轉矩輸出。
二、變頻電機的特點
1.電磁設計
對于普通異步電機,重新設計時應考慮的主要性能參數是過載能力、啟動性能、效率和功率因數。當臨界轉差率接近1時,變頻電機可直接啟動,因為臨界轉差率與工頻成反比。因此,過載能力和啟動性能不需要考慮太多,但關鍵問題是如何提高電機對非正弦電源的適應性。
一般來說,方法如下:
1)盡量降低定子和轉子電阻。降低定子電阻可降低基波銅耗,以彌補高次諧波引起的銅耗增加。
2)為了抑制電流中的高諧波,需要適當增加電機的電感。但轉子槽漏抗較大,皮膚效應較大,高諧波銅消耗也增加。因此,應考慮整個調速范圍內阻抗匹配的合理性。
3)變頻電機的主磁路一般設計為不飽和狀態。首先,高諧波會加深磁路的飽和度。其次,為了提高低頻輸出扭矩,應適當提高變頻器的輸出電壓。
2.結構設計
重新設計結構時,主要考慮非正弦電源特性對變頻電機絕緣結構、振動和噪聲冷卻方式的影響。一般來說,應注意以下問題:
1)絕緣等級一般為F或以上,以增強地面絕緣和匝間絕緣的強度,特別是絕緣承受沖擊電壓的能力。
2)對于電機的振動和噪聲,應充分考慮電機部件和整體剛度,盡量提高其固有頻率,避免與各種力波共振。
3)冷卻方式:一般采用強制通風冷卻,即主電機的冷卻風扇由獨立電機驅動。
4)防止軸電流的措施。容量超過1600KW電機應采取軸承絕緣措施。磁路和軸電流容易不對稱。當其他高頻元件產生的電流共同作用時,軸電流會大大增加,導致軸承損壞。因此,應采取絕緣措施。
5)對于恒功率變頻電機,當轉速超過3000轉/分鐘時,應使用耐高溫專用潤滑脂來補償軸承的溫升。因此,異步電機和變頻電機各有特點,主要取決于您控制的工作環境。當然,根據工程造價,可以盡量使用異步電機。
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