變頻電動機(jī)的特性有哪些

1.在變頻控制電路中，變頻電動機(jī)是主要的動力來源。變頻電動機(jī)是指可通過改變供電電源頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的的電動機(jī)，目前多指專用于和變頻器配合使用的一類電動機(jī)，其外形和基本電氣結(jié)構(gòu)與普通交流電動機(jī)大致相同，如圖所示。

相對于普通電動機(jī)（這里指交流異步電動機(jī)）來說，從結(jié)構(gòu)上，變頻電動機(jī)是在普通電動機(jī)的基礎(chǔ)上為適應(yīng)變頻器的調(diào)速控制進(jìn)行相應(yīng)技術(shù)上的調(diào)整和改進(jìn)：從性能上，變頻電動機(jī)更能夠適應(yīng)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中的各種參數(shù)要求和控制特點(diǎn)。

在介紹變頻電動機(jī)特點(diǎn)之前，首先了解一下普通電動機(jī)與變頻器配合使用時的一些特點(diǎn)和狀態(tài)。

在采用普通電動機(jī)實(shí)現(xiàn)的變頻調(diào)速控制線路中，不論變頻器采用何種控制方式，其輸出的都是非正弦波電源。而普通電動機(jī)都是按照恒頻恒壓（正弦電源）的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)的，可見非正弦波電源不可避免地會對普通電動機(jī)在運(yùn)行特性上產(chǎn)生影響，主要有以下幾個方面。

①在效率、損耗和溫升方面的影響。以目前較普通的PWM型變頻器來說，其產(chǎn)生的非正弦波電源具有很高的高次諧波電壓分量，如下圖所示。該電壓分量將引起電動機(jī)定子銅損、轉(zhuǎn)子銅損和鐵損的增加，從而影響電動機(jī)的效率。

②變頻器輸出較大的沖擊電壓，對電動機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。變頻器在進(jìn)行變頻調(diào)速時，將產(chǎn)生矩形斬波沖擊電壓，該電壓不但峰值高而且出現(xiàn)的頻率高，在運(yùn)行電壓進(jìn)行疊加后將直接影響電動機(jī)的對地絕緣效果，特別是在沖擊電壓較大，并反復(fù)沖擊時，對地絕緣將加速老化，直接影響電動機(jī)的安全性和穩(wěn)定性。

另外，目前不少中小型變頻器采用PWM控制方式，它的載波頻率約為幾千到幾十千林益，載波分量會疊加在驅(qū)動電動機(jī)的電流中，這就使得電動機(jī)定子繞組要承受根高沖擊電壓，這就對電動機(jī)的繞組匝間絕緣提出了更高的要求。

③噪聲及振蕩的影響。當(dāng)采用正弦波電源供電時，普通電動機(jī)因電磁、機(jī)械、通風(fēng)散熱碎引起的振動和噪聲問題，在采用非正弦波電源供電時變得更為復(fù)雜，特別是當(dāng)非正弦波電源中的高次諧波與電動機(jī)各種結(jié)構(gòu)件固有的頻率一致或接近時，將產(chǎn)生共振，從而加大噪聲。

④低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的散熱問題。在采用普通電動機(jī)與變頻器配合工作實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的線路中，當(dāng)變頻器執(zhí)行調(diào)速功能，輸出電源頻率較低時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之降低，但同時冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小，將直接引起電動機(jī)低速下散熱困難，將導(dǎo)致電動機(jī)內(nèi)部溫升急劇增加。

⑤頻繁啟動、制動時的適應(yīng)性問題。在變頻器控制下，由于變頻器具有低頻率啟動和各種制動方式進(jìn)行快速制動功能，普通電動機(jī)在其控制下可實(shí)現(xiàn)頻繁啟動、正反轉(zhuǎn)和制動控制。例如，為了達(dá)到節(jié)能效果，風(fēng)機(jī)可每天啟動幾十次，泵類可啟動幾百次等等，可見電動機(jī)將常常處于循環(huán)交變力的作用下，將直接加速電動機(jī)的機(jī)械部分和電磁部分老化。

⑥軸電壓和軸承的問題。非正弦波電源對電動機(jī)軸電壓和軸承的影響一般體現(xiàn)在大容量電動機(jī)上，特別對于高速和采用滑動軸承的情況下，軸電壓過高可能會破壞軸承油膜，從而縮短軸承壽命或損壞軸承合金。

為了有效地避免上述各方面的影響，并改善電動機(jī)對非正弦波電源的適應(yīng)能力，變頻電動機(jī)在磁路和物理結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)。

2.變頻電動機(jī)磁路特點(diǎn)

①變頻電動機(jī)的主磁路般設(shè)計(jì)成不飽和狀態(tài)。

②定子和轉(zhuǎn)子電阻盡可能減小，以降低基波銅耗，彌補(bǔ)高次諧波銅耗的增加，提高效率，降低溫升。

③適當(dāng)增加電動機(jī)繞組的匝數(shù)，以抑制高次諧波，但需要兼顧整個調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。

2。變頻電動機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)李頻電動機(jī)結(jié)構(gòu)的變化也主要是考慮非正弦波電源對電動機(jī)的影響，一般從絕緣強(qiáng)度、振動、噪聲和冷卻方式上有所突破。

①變頻電動機(jī)對地絕緣和繞組線匝的絕緣等級比較高，一般為F級或更高，具有很強(qiáng)的絕緣耐沖擊電壓的能力。變頻電動機(jī)通常采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻的方式，如下圖所示，與普通的自帶風(fēng)扇冷卻方式不同，變頻電動機(jī)的散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。

②對于不能采取強(qiáng)迫通風(fēng)的場合，也應(yīng)盡可能減少各種損耗，提高線圈短路的傳熱性能，加強(qiáng)機(jī)座本身的散熱能力。

③變頻電動機(jī)在充分考慮電動機(jī)構(gòu)件及整體剛性的前提下，盡力提高電動機(jī)機(jī)體的固有振動頻率，避免與電磁力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象，降低噪音產(chǎn)生。

④對于超過160kW的變頻電動機(jī)，其軸承采取絕緣措施，防止軸電流過大而導(dǎo)致軸承損壞。

⑤變頻電動機(jī)的軸承采用耐高溫特殊潤滑脂。特別是對于恒功率的變頻電動機(jī)其轉(zhuǎn)速較高，需要用特殊潤滑脂來補(bǔ)償軸承的溫度升高。

綜合所述，變頻器電動機(jī)突出優(yōu)勢主要體現(xiàn)在能夠克服低頻時的過熱與振動、特殊的絕緣結(jié)構(gòu)、強(qiáng)制通風(fēng)散熱系統(tǒng)、低噪音、寬調(diào)速（0.1~130Hz）平穩(wěn)特性、與變頻器良好的匹配和一定程度的節(jié)能等各方面。

3.典型變頻電動機(jī)的性能特點(diǎn)

目前，在實(shí)際應(yīng)用中，由變頻器實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制的線路大多還是采用普通電動機(jī)特別是一些采用中小功率的電動機(jī)場合，普通電動機(jī)可滿足一般生產(chǎn)需求，并不影響正常使用，但在一些特大功率、特殊電壓（如軋鋼廠）、伺服或機(jī)床主軸等要求定位性能較高的場合、要求運(yùn)行和電磁性能較高的場合、調(diào)速范圍大且長期工作在低速的場合，需要用專用的變頻電動機(jī)與變頻器匹配使用。

下面簡單介紹幾種常見變頻電動機(jī)的性能特點(diǎn)①YVP（YVF）系列變頻電動機(jī)圖11-5為典型YVP系列變頻電動機(jī)的實(shí)物外形屬于變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)。

YVP系列變頻電動機(jī)是為了滿足以變頻器為供電電源，對三相異步電動機(jī)特殊的電樞磁場及匝間絕緣的要求而產(chǎn)生的Y系列派生電動機(jī)?？蓱?yīng)用于要求調(diào)速及快速停車、準(zhǔn)確定位的場所，如機(jī)械、輕工、紡織、化工、冶金以及各種流水線等行業(yè)。其具體性能特點(diǎn)如下：

a絕緣等級：F級或H級;

b.外殼防護(hù)等級：IP44或1P54；

c.工作方式：連續(xù)型；

d冷卻方式：IC01或1C06（全封閉自扇冷及單獨(dú)軸流風(fēng)機(jī)冷）；

e.調(diào)速范圍（5~100Hz）：5~50Hz為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速;50~100Hz為恒功率調(diào)速。

②YTSP系列變頻電動機(jī)圖11-6為典型YTSP系列變頻電動機(jī)的實(shí)物外形，也屬于變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)。

YTSP系列變頻電動機(jī)是一種符合國際和國家標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能型電動機(jī)，額定電壓為V，功率范圍0.75~300kW，其性能特點(diǎn)如下：

a.絕緣等級：F級或H級

b.工作方式：連續(xù)

c.過載能力：160%過載，歷時1min

d.調(diào)速范圍：IC411系列—10~50Hz恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50~70Hz實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。IC416系列—在U/f控制條件下3~50Hz恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，50~100Hz實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。

4.變頻電動機(jī)的速度控制原理

變頻電動機(jī)的速度控制是指由控制電路部分對其旋轉(zhuǎn)速度的控制。一般來說，電動機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：

N1=60f1/P

式中，N為電動機(jī)轉(zhuǎn)速：f為電源頻率;P為電動機(jī)磁極對數(shù)（由電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定），可以看到，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比。

在普通電動機(jī)供電及控制線路中，電動機(jī)直接由工頻電源（50Hz）供電，如圖所示。

合上斷路器QF，接通三相電源。按下啟動按鈕SB1，交流接觸器KM線圈得電，常開主觸點(diǎn)KM-1閉合，電動機(jī)啟動并在頻率50Hz電源下全速運(yùn)轉(zhuǎn)。該過程中供電電源的頻率f1是恒定不變的，例如，若當(dāng)交流電動機(jī)磁極對數(shù)P=2時，可知其在工頻電源下的轉(zhuǎn)速為：

N1=60f1/P=60*50/2=1500r/min

在變頰電動機(jī)控制線路中，外部工頻電源首先送入變頻器中，由變頻器對電動機(jī)供電電源的頻率進(jìn)行調(diào)整后，再為電動機(jī)供電，如圖所示。

由于變頻器可以將工頻電源通過一系列的轉(zhuǎn)換輸出頻率可變的交流電源，根據(jù)電動機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式可知，變頻電動機(jī)的速度隨著電源頻率的變化而升高或降低。