變頻器對三相異步電動機(jī)性能影響的研究

張文美 孫梅

摘 要：通過采用變頻器來對三相異步電動機(jī)進(jìn)行供電的過程中，變頻器輸出電壓以及電流中會具有著大量的高次諧波，一般情況會導(dǎo)致電動機(jī)損耗出現(xiàn)增加，出現(xiàn)一定震動和噪音等不良影響。在本文中是針對了變頻器對三相異步電動機(jī)的性能影響作出了全面分析，在這個基礎(chǔ)上提出了下文中內(nèi)容，希望可以為同行業(yè)工作人員提供一定參考的價值。

關(guān)鍵詞：變頻器；三相異步電動機(jī)；性能；分析

1 變頻器影響三相異步電動機(jī)的性能分析

1.1 關(guān)于電動機(jī)的工作效率影響分析

對于變頻器來說，在工作中會有一定的諧波電流和諧波電壓，因此在為三相異步電動供電的時候，會導(dǎo)致電動機(jī)在非正弦的電壓以及電流下運行，由于高次諧波將會使其耗鐵以及耗銅量出現(xiàn)增加，并且轉(zhuǎn)子損耗也將會出現(xiàn)一定程度的增加，這主要是因為三相異步電動機(jī)工作中，基波的頻率轉(zhuǎn)速做出了同步的旋轉(zhuǎn)，所以在高次的諧波電壓之下，將會出現(xiàn)比較大的轉(zhuǎn)差，對其轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條做出相應(yīng)切割以及導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的損耗出現(xiàn)了一定的增加。在此之外也將會導(dǎo)致電動機(jī)的銅損出現(xiàn)增加，如果損耗達(dá)到一定程度，會導(dǎo)致電動機(jī)自身過熱，并且電動自身運行的效率也將會下降。

1.2 關(guān)于電動機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)的影響分析

對于市面當(dāng)中所看到的變頻器而言，通常情況下其控制范式主要是為PWM，并且載波頻率主要是從幾千赫茲一直到十幾千的赫茲，因此針對于電動而言，自身線圈需要能夠承受住一個較大電壓上升，也就是電動機(jī)的du/dt值較高。然而在線圈上面進(jìn)行施加電壓陡度后也會受到較大的電壓沖擊，對于這些電壓而言也將會導(dǎo)致電動機(jī)的匝間絕緣存在著影響，導(dǎo)致電動機(jī)存在著損耗。此外由于變頻器存在著矩形波沖擊電壓也將會直接疊加到電動機(jī)自身電壓上面，導(dǎo)致外部絕緣受到影響以及絕緣出現(xiàn)了加速的老化。

1.3 會影響到電動機(jī)的噪音以及震動出現(xiàn)加快

變頻器對三相異步電動機(jī)提供用電時，將會導(dǎo)致電動機(jī)自身的噪聲以及震動出現(xiàn)增加，這主要是因為變頻器運行時會出現(xiàn)諧波電壓，進(jìn)而和電動機(jī)之間出現(xiàn)了相互的干擾，直接導(dǎo)致出現(xiàn)各種形式電磁震力，然而電磁震力自身頻率以及結(jié)構(gòu)件自身的震動和電動機(jī)震動較為接近情況下，從而導(dǎo)致出現(xiàn)了共振問題，由于電動機(jī)在進(jìn)行工作的時候自身的頻率范圍是比較寬，并且轉(zhuǎn)速范圍也是相對而言比較大，因此各種電磁波的頻率便無法能夠避開電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)之中所存在著的固有頻率，通常情況下在應(yīng)用變頻器為三相異步電動供電的時候，噪聲勢是比電網(wǎng)供電大十五到二十分貝左右。

1.4 關(guān)于電動機(jī)起動以及制動能力的影響分析

通過采取變頻器來對電動機(jī)進(jìn)行供電的過程中，要是電動機(jī)可以在比較低電壓和頻率之下進(jìn)行無沖擊電流啟動，從而可以通過變頻器的功能來對電動機(jī)做出制定，對于這種做法而言，雖然是可以直接的實現(xiàn)頻率起動和制動，然而也將會伴隨著啟動和制動的次數(shù)出現(xiàn)增多，也直接的導(dǎo)致了電動機(jī)電磁將會長時間處于在一個循環(huán)的狀態(tài)之下，最終導(dǎo)致電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)存在著勞損，導(dǎo)致老化的程度出現(xiàn)了一定的加快，嚴(yán)重的對電動機(jī)的使用壽命帶來的影響。因此在電動機(jī)進(jìn)行使用的過程中必須要對其給與高度的重視，從而保證電動機(jī)能夠穩(wěn)定高效的運行。

2 關(guān)于變頻器對電動機(jī)工作性能存在問題的解決措施分析

2.1 需要消弱變頻器中的諧波

在上述進(jìn)行分析后，變頻器輸出電壓和電流之中會有著一定程度諧波，對于這些諧波而言將會導(dǎo)致三相異步電動機(jī)性能帶來較為嚴(yán)重影響。因此必須對變頻器輸出的電壓和電流之中諧波進(jìn)行消除，這樣也能夠全面的提高電動機(jī)自身性能，所以為了能夠達(dá)到一個最為理想的濾波效果，可以對變頻器輸出位置來增加一個正弦濾波器和濾波的電抗器，正弦濾波器能夠?qū)敵鲭妷阂约半娏髦械闹C波進(jìn)行出去，使其能夠讓三相異步電動機(jī)中的定子測電流以及電壓等無限接近正弦波。對于電抗器而言，不僅僅可以在長導(dǎo)線的時候?qū)ζ潆娏鞔嬖谥a(bǔ)償?shù)淖饔?，也能對機(jī)電端子所經(jīng)過的電壓具有限制的作用，讓濾波電抗器有著一定的濾波作用。但是對變頻器的輸出電壓以及電流的諧波進(jìn)行抑制后，能夠更好的提高三相異步電動機(jī)的性能，同時也能夠更好的保證電動機(jī)運行的穩(wěn)定和高效。

2.2 對三相異步電動機(jī)的電磁設(shè)計改進(jìn)方法分析

第一便是需要對定和轉(zhuǎn)子的電阻進(jìn)行降低，并且是可以通過采取電阻的方式來降低銅耗的損失，同時也能夠彌補(bǔ)高次諧波所出現(xiàn)了銅耗增加，也可以使電動機(jī)在進(jìn)行低速運行的時候定子電阻壓出現(xiàn)降低，還可以對最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行提升。第二是可以提高變頻器的輸出電壓。針對于一些變頻器的調(diào)速而言，三相異步電動機(jī)自身的主磁路設(shè)計以及飽和度等方面也有著一定的不足，主要是由于電源之中的高次諧波將會直接的使磁路自身的飽和度出現(xiàn)增加，因此為了能夠全面的對電動機(jī)的低頻輸出轉(zhuǎn)子進(jìn)行提高，必須要適當(dāng)?shù)膶ψ冾l器的輸出電壓進(jìn)行增加。

2.3 關(guān)于噪聲以及震動的問題解決分析

針對于三相異步電動機(jī)所存在著的震動以及噪聲問題來說，主要是存在著兩種方法，第一是需要選擇適合的定和轉(zhuǎn)子槽來進(jìn)行配合。第二便是需要對電動機(jī)的轉(zhuǎn)子部件加工和轉(zhuǎn)配的精度進(jìn)行全面的提高，從而使其氣隙能夠均勻，同時轉(zhuǎn)子的平衡精度和電磁對稱性得到提高，最終使其電動機(jī)的噪聲和震動得到全面的降低，保證電動機(jī)的穩(wěn)定高效運行。

3 總結(jié)

對上述內(nèi)容作出分析后可以看出，由于一些普通的三相異步電動機(jī)對于高次諧波并沒有能夠起到抑制的作用，但是采取常規(guī)的設(shè)計方法所設(shè)計出來的電動機(jī)也無法能夠滿足變頻器的實際需要，所以在日后必須要將其重點放置到變頻器設(shè)計優(yōu)化和材料優(yōu)化等方法，這樣也能夠?qū)τ谌喈惒诫妱訖C(jī)的節(jié)能有著十分重要的作用。

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（作者單位：西門子機(jī)電（中國）有限公司）