變頻器對三相異步電動機性能影響的研究

李東坡

(河南平寶煤業(yè)有限公司 機電二隊，河南 許昌 461700)

由于三相異步電動機相對于直流電動機具有體積小巧，重量輕便于安裝，價格經(jīng)濟，性能穩(wěn)定又實用等優(yōu)點，在機械中得到廣泛應用。通過變頻器對三相異步電動機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)解后，能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)中的機械的精確控制，大大提高了機械的準度和精度，促進了生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提高。但在實際應用過程中，變頻器對三相異步電動機的性能也產(chǎn)生了一定的影響，需要采取必要的對策，才能在應用變頻器的過程中，降低對三相異步電動機性能的影響。

1 工程概況

平寶公司首山一礦可采儲量3.08億噸，設(shè)計生產(chǎn)能力每年240萬噸，該礦為綜合數(shù)字化、信息化礦井。礦井采面機巷、主運輸、主提升和地面生產(chǎn)系統(tǒng)皆為一鍵起(停)車，主要通風機、壓風機、中央泵房等關(guān)鍵環(huán)節(jié)具備無人值守功能，在同類礦井中裝備水平為國內(nèi)一流。目前十三礦使用的數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)在設(shè)計方面都用易于修改的相關(guān)參數(shù)調(diào)用作為標準工作方式，通過工控機和一條高集成asic電路確保性能高效。可以方便的配置較高級的控制系統(tǒng)，通過rs232接口，pc程序能精確的重新產(chǎn)生控制參數(shù)，方便地在線設(shè)定和修改參數(shù);參數(shù)存儲并傳送至其它變頻器上，使得起動省時。

2 變頻器對三相異步電動機調(diào)速的原理

變頻器應用在三相異步電動機上后，產(chǎn)生了變頻調(diào)速三相異步電動機。這種電動機的工作原理是通過提高或降低電動機的工作頻率以及轉(zhuǎn)差頻率來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的調(diào)解。當降低工作頻率時，三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩不變，電動機拖動負載的能力不發(fā)生改變，此時稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速;當提高工作頻率時，工作電壓增大，電磁轉(zhuǎn)矩變小，形成一種協(xié)調(diào)關(guān)系，使得電機功率P恒定，此時稱為恒功率調(diào)速;當對工作頻率和電壓進行協(xié)調(diào)變化時，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩同時調(diào)解。

3 變頻器對三相異步電動機性能的影響

3.1 三相電動機發(fā)熱異常

應用頻器對三相異步電動機進行調(diào)速時，發(fā)展三相異步電動機發(fā)熱異常，分析這種現(xiàn)象的原因有:1)槽形設(shè)計問題。當應用變頻器進行調(diào)速時，轉(zhuǎn)子損耗在電機總損耗中擁有較大的比重，損耗過大而引發(fā)電動機發(fā)熱問題。2)電動機的繞阻節(jié)距不合理，產(chǎn)生過多的鐵損耗，引起電動機發(fā)熱。3)電動機運轉(zhuǎn)過程中散熱性能不良。

3.2 諧波電磁噪聲與振動

當應用變頻器對三相異步電動機進行轉(zhuǎn)速調(diào)解時，由于變頻器本身的諧波干擾，產(chǎn)生一定的電磁諧振，當這各振動頻率符合共振頻率時，就會產(chǎn)生共振，這種共振自然增加電磁噪聲和振動幅度。

3.3 諧波對異步電動機性能產(chǎn)生影響

應用變頻器過程中，容易產(chǎn)生諧波損耗，包括銅耗、鐵耗和雜散損耗等。這些損耗降低了電動機的工作效率，使得電動機在工作過程中，損耗過大，產(chǎn)熱過多，如果散熱不良，就會影響三相異步電動機的正常工作。

4 變頻器對三相異步電動機性能影響的對策

4.1 三相異步電動機發(fā)熱異常的對策

為了應用變頻器對三相異步電動機調(diào)速時降低電動機發(fā)熱問題，在選擇變頻器時，首先要考慮定、轉(zhuǎn)子槽的形狀和槽配合。盡可能減少定、轉(zhuǎn)子電阻，在可能的情況下增加定子槽數(shù)，使電機的極相槽數(shù)增加，減弱高次諧波磁場強度，降低無用損耗發(fā)熱。其次，三相異步電動機的繞阻的節(jié)距采用短距，有效降低鐵損耗產(chǎn)生的熱。最后，在加強電動機的散熱，最好加裝風機或用風機強迫吹風，進行風冷散熱。另外可以考慮增加電動機的容量來改變冷卻系統(tǒng)的功能，加強散熱，降低電動機的熱異?，F(xiàn)象。

4.2 諧波電磁噪聲與振動的對策

為了在應用變頻器對三相異步電動機進行轉(zhuǎn)速調(diào)解時，降低共振現(xiàn)象，減少電磁噪聲，在對定、轉(zhuǎn)子部件的制造和裝配精度上要加大監(jiān)督與控制，以提高氣隙的均勻度，轉(zhuǎn)子的動平衡精度和電磁對稱性，并同時考慮結(jié)構(gòu)件的剛性問題，從而實現(xiàn)降噪和減振。

4.3 諧波對異步電動機性能影響的對策

為了得到更好的濾波效果，在變頻器的輸出側(cè)增加正弦濾波器和濾波電抗器，正弦濾波器主要是濾除變頻器輸出電壓和電流中的諧波，使得三相異步電動機的定子側(cè)電壓和電流近似為正弦波，輸出濾波電抗器既是補償在長導線時的容性再充電電流及限制電機端子上的過電壓，又可起到一定的濾波作用。另外，需要加快新型變頻電動機的研制進度，避免變頻器的缺限對電動機的性能影響。由于一般三相異步電動機本身的抑制諧波僅靠分布系數(shù)和短距系數(shù)，其能力是有限的，對某此坑次諧波是無法抑制的。變頻器輸出諧波的存在使得處于運行中的三相異步電動機的設(shè)計參數(shù)與通過電網(wǎng)直接供電按常規(guī)設(shè)計的三相異步電動機的參數(shù)有很大的變化，故常規(guī)設(shè)計的三相異步電動機已不能適應變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展需要。因此，研究變頻電動設(shè)計新方法及新材料的應用，有效降低變頻過程中的諧波引起的損耗過大，發(fā)熱異常、絕緣材料不耐用等現(xiàn)象的發(fā)生，這對提高三相異步電動機的運行效率和節(jié)能有著十分重要的實際意義。

5 結(jié)語

變頻器應用于三相異步電動機中，能夠?qū)崿F(xiàn)對三相異步電動機進行轉(zhuǎn)速的調(diào)解，實現(xiàn)煤礦機械生產(chǎn)上的精確控制。由于變頻器應用過程中對三相異步電動機的性能產(chǎn)生一定程度的影響，因此，需要針對影響因素進行分析，通過設(shè)計方法和新材料的選用等對策，能夠有效提高三相異步電動機的工作效率，提高三相異步電動機的節(jié)能效果，從而增加機械生產(chǎn)與機械應用的經(jīng)濟效益。

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