异步电机和变频电机有什么区别?如何选择?
1.普通异步电机采用恒频恒压设计,不能满足变频调速的要求。变频器对电机的影响如下:
1.电机的效率和温升。无论哪种变频器,运行中都会产生不同程度的谐波电压和电流,使电机在非正弦电压和电流下运行。虽然有数据介绍,但常用的正弦波PWM以逆变器为例,其低谐波基本为零,其余高谐波分量约为载波频率的两倍,为2倍u+1(u调制指数)。高谐波会导致定子铜消耗、转子铜(铝)消耗、铁消耗和附加损耗的增加,其中显著的是转子铜(铝)消耗。由于异步电机以接近基频的同步速度旋转,高谐波电压在以较大的转差率切割转子线杆后会造成很大的转子损耗。此外,还应考虑皮肤效应引起的额外铜消耗。这些损耗会导致电机产生额外的热量,降低其效率和输出功率。例如,一台普通的三相异步电机在变频器输出非正弦功率时运行,其温升一般会增加10%-20%。2.电机的绝缘强度。目前,许多中小型变频器都在使用PWM控制方式。他的载波频率大约是几千到几十千赫兹,这使得电机的定子绕组承受着很高的电压上升率,相当于对电机施加了陡峭的冲击电压,使电机匝间绝缘受到严峻考验。另外,PWM逆变器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电机的运行电压上,会对电机的地面绝缘构成威胁,在高压的反复冲击下会加速地面绝缘的老化。
3.谐波电磁噪声和振动。当普通异步电机由变频器供电时,由电磁、机械、通风等因素引起的振动和噪声会变得更加复杂。变频电源中包含的时间谐波干扰电机电磁部分固有的空间谐波,形成各种电磁激振力。当电磁波的频率与电机本体固有的振动频率相同或接近时,就会产生共振,从而增加噪音。由于电机工作频率范围广,变速范围大,各种电磁波的频率难以避免电机各部件固有的振动频率。
4.电机对频繁启动和制动的适应性。由于逆变器供电,电机可以在低频和电压下无冲击电流启动,逆变器提供的各种制动方法可用于快速制动,为频繁启动和制动创造条件。因此,电机的机械系统和电磁系统在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。
5.低速冷却问题。首先,异步电机的阻抗并不理想。当电源频率较低时,电源中高谐波造成的损耗较大。其次,当普通异步电机再转速降低时,冷却风量与转速三次方成正比,导致电机低速冷却条件恶化,温升急剧增加,难以实现恒转矩输出。
二、变频电机的特点
1.电磁设计
对于普通异步电机,重新设计时应考虑的主要性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。当临界转差率接近1时,变频电机可直接启动,因为临界转差率与工频成反比。因此,过载能力和启动性能不需要考虑太多,但关键问题是如何提高电机对非正弦电源的适应性。
一般来说,方法如下:
1)尽量降低定子和转子电阻。降低定子电阻可降低基波铜耗,以弥补高次谐波引起的铜耗增加。
2)为了抑制电流中的高谐波,需要适当增加电机的电感。但转子槽漏抗较大,皮肤效应较大,高谐波铜消耗也增加。因此,应考虑整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
3)变频电机的主磁路一般设计为不饱和状态。首先,高谐波会加深磁路的饱和度。其次,为了提高低频输出扭矩,应适当提高变频器的输出电压。
2.结构设计
重新设计结构时,主要考虑非正弦电源特性对变频电机绝缘结构、振动和噪声冷却方式的影响。一般来说,应注意以下问题:
1)绝缘等级一般为F或以上,以增强地面绝缘和匝间绝缘的强度,特别是绝缘承受冲击电压的能力。
2)对于电机的振动和噪声,应充分考虑电机部件和整体刚度,尽量提高其固有频率,避免与各种力波共振。
3)冷却方式:一般采用强制通风冷却,即主电机的冷却风扇由独立电机驱动。
4)防止轴电流的措施。容量超过1600KW电机应采取轴承绝缘措施。磁路和轴电流容易不对称。当其他高频元件产生的电流共同作用时,轴电流会大大增加,导致轴承损坏。因此,应采取绝缘措施。
5)对于恒功率变频电机,当转速超过3000转/分钟时,应使用耐高温专用润滑脂来补偿轴承的温升。因此,异步电机和变频电机各有特点,主要取决于您控制的工作环境。当然,根据工程造价,可以尽量使用异步电机。
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