變頻器對三相異步電動機性能影響的研究

裴志遠

摘 要：將變頻器使用到三相異步電動機上，可以發(fā)揮其變頻，變壓和調(diào)速等方面的作用，但是其同樣會對于電機性能造成負面影響。文章從這個角度出發(fā)，積極探析變頻器對于三相異步電動機性能造成的影響。

關鍵詞：變頻器 三相異步電動機 性能影響

中圖分類號：TM32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0119-01

從理論上來講，任何形式的變頻器的輸出電壓，或者輸出電流中，都會出現(xiàn)高次諧波，這對于三相異步電動機的性能發(fā)揮會造成一定程度的影響。從這個角度來講，要想充分發(fā)揮變頻器在三相異步電動機性能上的積極作用，就有必要積極探析其影響因子，在此基礎上做到趨利避害。

1 三相異步電動機的概況

1.1 三相異步電動機的含義

三相異步電動機是電動機體系中的重要組成部分，不同于其他電動機，其轉(zhuǎn)子的速度遠遠低于旋轉(zhuǎn)磁場的速度，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量變換，這種類型的電動機我們將其稱作為三相異步電動機。

1.2 三相異步電動機的工作原理

三相異步電動機之所以被廣泛的使用，是因為其自身結(jié)構(gòu)比較簡單，工作效率相對較高，能夠最大化的發(fā)揮其效能。具體來講其運作原理為：在三相電源與異步電動機的定子繞組相互連接之后，對稱電流就會流入繞組，此時氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一定速度旋轉(zhuǎn)的基波磁場，即n1=60f1/p。在對于轉(zhuǎn)子進行切割的時候，短路轉(zhuǎn)子繞組會對于電動勢形成感應，電流感應也是同樣的道理，在彼此之間作用的基礎上形成電磁轉(zhuǎn)矩，將成為驅(qū)動力，使得電動機運轉(zhuǎn)。

2 變頻器對于三相異步電動機性能的影響

變頻器對于三相異步電動機性能的影響是多方面的，涉及內(nèi)容比較多，牽涉層次比較廣泛，存在很多不確定性因素。具體來講，可以從以下幾個角度入手。

2.1 變頻器對于電動機工作效率的影響

諧波電壓和諧波電流，是變頻器運作過程中產(chǎn)生的“附加品”，很容易使得三相異步電動機處于非正弦電壓和電流運作環(huán)境下。具體來講，高次諧波會使得資源消耗量增加，無論是鐵還是銅，在此基礎上使得轉(zhuǎn)子損耗量加劇。另外，在此過程中還會產(chǎn)生集膚效應，使得損耗進一步增大，一旦損耗達到極限，將使得電動機出現(xiàn)發(fā)熱的情況，此時運作效率自然會大打折扣。

2.2 變頻器對于電動機絕緣結(jié)構(gòu)的影響

一般情況下，在市面上購買的變頻器，在生產(chǎn)的過程中都是采用PWM控制方式，其載波頻率范圍比較廣泛，使得異步電動機線圈需要承受相對較高的電壓，造成du/dt取值偏大，在沖擊電壓的作用下，會使得電動機絕緣出現(xiàn)損壞現(xiàn)象。另外，變頻器運作過程中產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓積累之后，都被疊加在電動機上，同樣會對于地絕緣構(gòu)成威脅，使得絕緣的使用期限不斷縮短。

2.3 變頻器會造成過多過大的噪聲污染

以變頻器的供電方式，給予三相異步電動機供電的時候，電動機噪音和振動情況會越來越嚴重。從理論上來講，這是因為變頻器在運作過程中，諧波電壓們相互干擾，使得電磁運動過激，形成電磁激振力，一旦其中頻率出現(xiàn)了近乎一致的情況，就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象，此時噪聲污染將會更加嚴重。依據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，變頻器供電方式的噪聲，相對于在正常供電方式噪聲加了15 dB左右。

2.4 變頻器對于電動機起動和制動的影響

使用變頻器給予三相異步電動機供電的時候，電動機可以在低電壓低頻率的環(huán)境下運行，還可以實現(xiàn)便捷的控制和管理，也就是說處于這種情況下，控制方式變得更加快捷。無疑將使得起動和自動次數(shù)變多，隨著次數(shù)的積累，將使得電動機電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變的狀態(tài)，這對于電動機機械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)來講，是任務量的增加，這對于起動和自動裝置的使用壽命造成了負面影響。

2.5 變頻器對于電動機低速運轉(zhuǎn)冷卻性的影響

從理論上來講，假設電源自身頻率處于比較低的水平，三相異步電動機的阻抗作用難以發(fā)揮出來，電源產(chǎn)生出來的高次諧波會造成功耗損失，并且冷卻性也會隨著下降。簡單來講，處于這種情況下的電動機，溫度將可能急劇升高，給予其性能的有效發(fā)揮造成了極大的干擾。

3 如何發(fā)揮變頻器在三相異步電動機中的積極作用

任何事物都是有著兩面性的，變頻器對于三相異步電動機來講，也是一樣，存在積極方面的作用，當然也存在消極方面的作用。對于我們來講，應該在掌握其影響因素的基礎上，做到趨利避害。

3.1 多方面采取措施實現(xiàn)變頻器諧波的削弱

從某種角度上來講，削弱變頻器諧波是保證三相異步電動機性能發(fā)揮的關鍵所在。對此，我們應該積極做好以下幾方面的工作：其一，依據(jù)實際情況，在變頻器輸出側(cè)加裝正弦濾波器，以最大化的除掉變頻器輸出電壓和電流中的諧波，使得三相異步電動機定子側(cè)的電流和電壓處于接近正弦波的狀態(tài)下；其二，積極在變頻器輸出側(cè)設置濾波電抗器，發(fā)揮電流補償作用的同時，發(fā)揮一定的濾波功能。

3.2 改善和調(diào)整電動機的電磁設計方案

首先，盡量采取措施去降低定子和轉(zhuǎn)子的電阻，使得基波銅損耗量不斷降低，使得高次諧波的銅損耗不斷增加，并在此基礎上使得電動機處于低速狀態(tài)下的電阻不斷降低，使得轉(zhuǎn)矩得以提升；其次，積極從提高變頻器輸出電壓角度出發(fā)，以保證三相異步電動機自身主磁路設計的合理性和科學性。

3.3 采取有效措施去處理噪聲污染問題

對于噪聲問題來講，我們應該積極做好兩個方面的問題：其一，依據(jù)實際情況，選擇合適的定子和轉(zhuǎn)子槽，發(fā)揮其配合作用；其二，積極研究加工技術(shù)，使得定子和轉(zhuǎn)子的加工精度不斷提升，避免出現(xiàn)過大的縫隙，以實現(xiàn)對于噪聲污染的抑制。

4 結(jié)語

綜上所述，將變頻器使用到三相異步電動機中去，的確可以發(fā)揮積極方面的作用，同時也存在很多的缺陷和不足。我們應該在全面掌握其性能影響因素的基礎上，做到趨利避害，充分發(fā)揮變頻器在三相異步電動機性能優(yōu)化方面的作用。

參考文獻

[1] 賈寶媛，夏春茂，卿燕平.對進口三輥壓光機傳動系統(tǒng)的改造[J].天津造紙， 2013（2）.

[2] 田青山.變頻器對三相異步電動機性能影響的研究[J].科技風，2013（7）.

[3] 張?zhí)焐?電動鉆機絞車控制研究[J].電氣傳動，2012（8）.

[4] 何惠明，楊曉洲，肖紅，等.刮板輸送機用隔爆型變頻調(diào)速三相異步電動機設計[J].中國工程科學，2012（2）.

[5] 唱煥波，陳殿領.基于罐體負載特性的水泥攪拌車減速機試驗臺變頻電機和變頻器容量選擇[J].機械制造，2011（1）.