淺談普通異步電機(jī)與變頻電機(jī)

文/楊漢臣 曲路平

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淺談普通異步電機(jī)與變頻電機(jī)

文/楊漢臣 曲路平

撫順煤礦電機(jī)制造有限責(zé)任公司

文章首先分析了普通異步電機(jī)使用時(shí)，變頻器對(duì)其產(chǎn)生的影響，總結(jié)為電動(dòng)機(jī)效率、溫升方面，以及電動(dòng)機(jī)的絕緣與冷卻能力。在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)探討變頻電機(jī)，使用時(shí)自身運(yùn)行特點(diǎn)，以及提升變頻電機(jī)使用安全性的有效控制措施。可以作為電機(jī)選擇使用中的技術(shù)參照，幫助全面提升電機(jī)冷卻安全控制效率。

普通異步電機(jī)；變頻電機(jī)；變頻器

1 變頻器對(duì)普通異步電機(jī)的影響

1.1 電動(dòng)機(jī)效率與溫升

普通異步電機(jī)中安裝變頻器，對(duì)電機(jī)使用時(shí)的效率與溫度會(huì)有所影響，當(dāng)前最常使用的變頻器為正弦波模式，能夠有效過(guò)濾諧波振蕩造成的干擾影響。經(jīng)過(guò)變頻器補(bǔ)償處理后諧波影響可以降至接近零，并將通過(guò)電機(jī)的有效電流放大，使接下來(lái)的載波頻率檢測(cè)設(shè)備可以更好地捕捉到諧波振蕩情況。普通異步電機(jī)使用時(shí)自身溫度升高會(huì)受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及環(huán)境因素影響，同時(shí)溫度變化也與電流傳輸之間存在一定關(guān)系性，當(dāng)導(dǎo)線以及電機(jī)內(nèi)部溫度升高時(shí)。電阻也會(huì)因此而增大，單位時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通的電流變小。變頻器可以有效調(diào)節(jié)電流傳輸過(guò)程中的額定電壓值，避免由于電阻變化影響到普通異步電機(jī)的溫升。

1.2 電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度

變頻器接入到普通異步電機(jī)中，供電過(guò)程由于變頻器可能會(huì)出現(xiàn)不同程度的諧波振蕩影響，電動(dòng)機(jī)會(huì)在極低電流沖擊下啟動(dòng)。在變頻器的控制下快速轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)磁場(chǎng)之間相互干擾，一旦線路連接的距離超出安全范圍，則有可能受磁場(chǎng)交換影響造成普通異步電機(jī)的絕緣問(wèn)題。長(zhǎng)時(shí)間在過(guò)載環(huán)境中使用，普通變頻電機(jī)的絕緣材料也會(huì)加速老化，如果使用時(shí)檢修任務(wù)沒(méi)能及時(shí)開(kāi)展，絕緣層老化并失去作用后普通異步電機(jī)將處于暴露的運(yùn)行環(huán)境中，最終造成嚴(yán)重的絕緣問(wèn)題，因發(fā)電機(jī)擊穿或者操作人員觸電問(wèn)題。絕緣強(qiáng)度還受普通異步電機(jī)的繞組匝數(shù)影響，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定子的繞組直接關(guān)系到最終電壓在單位時(shí)間內(nèi)的上升情況，電壓在短時(shí)間內(nèi)急劇上升超出絕緣層承受范圍，將造成擊穿情況最后影響到電機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)。絕緣強(qiáng)度控制以及選擇，需要結(jié)合材料實(shí)際使用能力來(lái)進(jìn)行，觀察材料中存在的各類問(wèn)題，綜合探討有效解決規(guī)劃方案。

1.3 低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問(wèn)題

普通異步電機(jī)運(yùn)行中抗阻的控制并不完全精準(zhǔn)，尤其是在電源頻率不穩(wěn)定的情況下，此時(shí)普通異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)使用中需要消耗大量的諧波。處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中轉(zhuǎn)數(shù)增大溫度也會(huì)隨之增大，當(dāng)溫度達(dá)到一定極限之時(shí)則需要停止轉(zhuǎn)動(dòng)，溫度冷卻后繼續(xù)使用將變頻器應(yīng)用在其中。雖然對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度影響不大，但處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，冷卻電機(jī)的風(fēng)速控制，難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于普通異步電機(jī)轉(zhuǎn)速與變頻器使用中的溫度控制協(xié)調(diào)不合理，造成電動(dòng)機(jī)低速使用時(shí)溫度出現(xiàn)不合理增大，并影響到最終的電能傳輸。變頻器的使用，對(duì)普通異步電機(jī)構(gòu)成了安全防護(hù)系統(tǒng)，但同時(shí)也增大了普通異步電機(jī)使用時(shí)風(fēng)險(xiǎn)威脅發(fā)生的幾率，通過(guò)設(shè)計(jì)框架優(yōu)化來(lái)增大變頻器安全控制效率，才能夠達(dá)到預(yù)期的使用效果。低轉(zhuǎn)速狀態(tài)中，電機(jī)也會(huì)出現(xiàn)溫度升高，但如果變頻器林敏度不足，則可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通效果不理想的情況，降溫風(fēng)扇并不能導(dǎo)通，溫度增大也得不到有效控制。

2 變頻電機(jī)特點(diǎn)

2.1 電磁設(shè)計(jì)

對(duì)變頻電動(dòng)機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁設(shè)計(jì)時(shí)，首先可以將定子的轉(zhuǎn)速溫度盡可能減小，設(shè)定出額定的電阻值，并在電阻上限范圍內(nèi)計(jì)算出定子運(yùn)行時(shí)溫度升高的范圍。高頻率諧波振蕩中所產(chǎn)生的電流損耗通過(guò)電壓補(bǔ)償來(lái)解決，構(gòu)建出溫度與轉(zhuǎn)速最適宜的電流輸送環(huán)境。其次是電流輸送中的諧波振蕩控制，必要時(shí)可以增大電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)感應(yīng)能力，將所產(chǎn)生的諧波幾種共同進(jìn)入到誤差補(bǔ)償環(huán)節(jié)內(nèi)，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)阻抗調(diào)整來(lái)進(jìn)入到誤差補(bǔ)償?shù)膬?nèi)部調(diào)整環(huán)境中。綜合判斷變頻電動(dòng)機(jī)頻率控制中的輸出需求，設(shè)計(jì)階段分別模擬出飽和狀態(tài)與非飽和狀態(tài)兩種情況下的諧波振蕩，并考慮低頻運(yùn)轉(zhuǎn)中定子的轉(zhuǎn)速以及電動(dòng)機(jī)溫度升高是否可在控制范圍內(nèi)，避免由于電阻快速增大，影響到最終的高壓傳輸速度。變頻電動(dòng)機(jī)可以根據(jù)電力傳輸需求來(lái)自動(dòng)調(diào)整定子的轉(zhuǎn)速，因此對(duì)于溫度升高控制也更有效。構(gòu)建出定子運(yùn)轉(zhuǎn)中的諧波數(shù)學(xué)矩陣，確定變頻電動(dòng)機(jī)使用時(shí)需要調(diào)整的方向。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先需要對(duì)絕緣等級(jí)進(jìn)行確定，了解變頻電動(dòng)，使用時(shí)的絕緣要求，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出定子運(yùn)轉(zhuǎn)的線圈匝數(shù)，所設(shè)計(jì)的絕緣等級(jí)不同在材料選擇方面也需要體現(xiàn)出差異性。變頻電動(dòng)機(jī)使用時(shí)如果由于接線方式不合理，可能會(huì)造成震動(dòng)以及噪音問(wèn)題。對(duì)于噪音問(wèn)題可以采用結(jié)構(gòu)整體剛性調(diào)整來(lái)解決，使變頻電動(dòng)機(jī)處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中自身結(jié)構(gòu)也能維持穩(wěn)定，避免各系統(tǒng)之間產(chǎn)生諧波振蕩影響到最終的變頻電動(dòng)機(jī)功能實(shí)現(xiàn)。

冷卻方式選擇時(shí)應(yīng)考慮變頻電動(dòng)機(jī)使用中的溫度升高情況。可以采用電機(jī)散熱風(fēng)扇獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的模式來(lái)提升散熱速率。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)溫度的升高，電扇也能自動(dòng)啟動(dòng)將溫度控制在合理范圍內(nèi)，避免由于溫度升高而影響到電流以及電壓的傳輸。

對(duì)于電流的傳輸也需要做出容量限制，主要是考慮變頻電動(dòng)機(jī)各零部件的抗壓能力，對(duì)電流進(jìn)行分析運(yùn)算時(shí)確保傳輸路徑是最有的，以免由于路徑選擇誤差而造成電機(jī)內(nèi)的荷載增大。

最后是對(duì)恒定功率的調(diào)整，這一功能設(shè)計(jì)則需要在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)中來(lái)實(shí)現(xiàn)，避免電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)中自身零部件出現(xiàn)過(guò)大損耗，可以對(duì)其內(nèi)部注入耐高溫的特殊潤(rùn)滑劑，能夠在電機(jī)使用中發(fā)揮降低摩擦的作用，不僅保障了磨損在安全范圍內(nèi)，也可以避免溫度在短時(shí)間內(nèi)急劇升高。

3 結(jié)語(yǔ)

異步電動(dòng)機(jī)、變頻電動(dòng)機(jī)二者各有特點(diǎn)，主要看所控制的工況環(huán)境，還要根據(jù)工程成本，能用異步電機(jī)盡量用異步電動(dòng)機(jī)。在生產(chǎn)中全部采用變頻電機(jī)，雖然具有很好的節(jié)能效果，但回收周期長(zhǎng)，應(yīng)充分論證后再采用。當(dāng)其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結(jié)合一起作用時(shí),軸電流將大為增加,從而導(dǎo)致軸承損壞,所以一般要采取絕緣措施。

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