由于大部分普通的異步電動(dòng)機(jī)都是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的,因此對于變頻調(diào)速的要求而言是無法完全滿足的。以下則是是變頻器(以下簡稱-VFD)對電機(jī)的影響:
1.電機(jī)的效率和溫升。
無論是哪種形式的VFD,在運(yùn)行中都會(huì)產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流,使得電機(jī)在非正弦電壓和電流下運(yùn)行。盡管有資料介紹,但以常用的正弦波PWM型VFD為例,其低次諧波基本為零,剩余約為載頻兩倍的高次諧波分量為2u+1(u為調(diào)制指數(shù))。高次諧波會(huì)引起定子銅損耗、轉(zhuǎn)子銅(鋁)損耗、鐵損和附加損耗的增加,尤其是轉(zhuǎn)子銅(鋁)損耗。由于異步電機(jī)以接近基頻的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),高次諧波電壓在以較大的轉(zhuǎn)差率切割轉(zhuǎn)子線棒后會(huì)造成很大的轉(zhuǎn)子損耗。此外,還應(yīng)考慮因集膚效應(yīng)導(dǎo)致的額外銅消耗。這些損耗會(huì)導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生額外的熱量,降低效率和輸出功率。比如普通的三相異步電動(dòng)機(jī),如果運(yùn)行在VFD輸出非正弦電源的條件下,其溫升一般會(huì)增加10%-20%。
2.電機(jī)絕緣強(qiáng)度
目前很多中小VFD都是PWM控制。他的載波頻率大約是幾千到十幾千赫茲,使得電機(jī)的定子繞組承受了很高的電壓上升率,相當(dāng)于給電機(jī)施加了一個(gè)很陡的沖擊電壓,使得電機(jī)的匝間絕緣承受了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。另外,PWM VFD產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電機(jī)運(yùn)行電壓上,會(huì)對電機(jī)對地絕緣造成威脅,對地絕緣在高電壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。
3.諧波電磁噪聲和振動(dòng)
當(dāng)VFD作為普通異步電機(jī)的電源時(shí),電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素引起的振動(dòng)和噪聲會(huì)變得更加復(fù)雜。變頻電源中包含的各種時(shí)間諧波干擾電機(jī)電磁部分固有的空間諧波,形成各種電磁激振力。當(dāng)電磁波的頻率與電機(jī)本體的固有振動(dòng)頻率相同或接近時(shí),就會(huì)發(fā)生共振,從而增大噪音。由于電機(jī)工作頻率范圍寬,變速范圍大,各種電磁波的頻率很難避開電機(jī)各部件的固有振動(dòng)頻率。
4.電機(jī)對頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)的適應(yīng)性
由于VFD用于供電,電機(jī)可以在很低的頻率和電壓下無沖擊電流啟動(dòng),并且VFD提供的各種制動(dòng)方式可以用于快速制動(dòng),為頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件。因此,電機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)受到循環(huán)交變力的作用,給機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題。
5.低速冷卻
首先,異步電機(jī)的阻抗并不理想。當(dāng)電源頻率較低時(shí),電源中高次諧波造成的損耗較大。其次,普通異步電機(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少,導(dǎo)致電機(jī)低速冷卻條件惡化,溫升急劇增加,難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。