變頻電機(jī)與工頻電機(jī)的區(qū)別在哪里？

電機(jī)應(yīng)用非常廣泛，在沒有變頻器之前，我們使用得最多的就是工頻電機(jī)。

當(dāng)時(shí)最需要注意的就是頻率不能太小，有2個(gè)理由，?一個(gè)就是散熱問題；另外一個(gè)就是頻率太低做功基本全無。今天看到一個(gè)資料，將變頻電機(jī)與工頻電機(jī)的區(qū)別寫得比較全，大家一起共享。變頻電機(jī)與工頻電機(jī)的區(qū)別?

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?一、普通異步電動(dòng)機(jī)都是按恒頻恒壓設(shè)計(jì)的，不可能完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求。以下為變頻器對(duì)電機(jī)的影響：?

?1、電動(dòng)機(jī)的效率和溫升的問題。

不論那種形式的變頻器，在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動(dòng)機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。拒資料介紹，以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調(diào)制比）。高次諧波會(huì)引起電動(dòng)機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)是以接近于基波頻率所對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此，高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后，便會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應(yīng)所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗都會(huì)使電動(dòng)機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%--20%。?

?2、電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度問題。

目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動(dòng)機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當(dāng)于對(duì)電動(dòng)機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓，使電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣承受較為嚴(yán)酷的考驗(yàn)。另外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓上，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)對(duì)地絕緣構(gòu)成威脅，對(duì)地絕緣在高壓的反復(fù)沖擊下會(huì)加速老化。

?3、諧波電磁噪聲與震動(dòng)。

普通異步電動(dòng)機(jī)采用變頻器供電時(shí)，會(huì)使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)和噪聲變的更加復(fù)雜。變頻電源中含有的各次時(shí)間諧波與電動(dòng)機(jī)電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當(dāng)電磁力波的頻率和電動(dòng)機(jī)機(jī)體的固有振動(dòng)頻率一致或接近時(shí)，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而加大噪聲。由于電動(dòng)機(jī)工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動(dòng)機(jī)的各構(gòu)件的固有震動(dòng)頻率。

?4、電動(dòng)機(jī)對(duì)頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應(yīng)能力。

由于采用變頻器供電后，電動(dòng)機(jī)可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng)造了條件，因而電動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變力的作用下，給機(jī)械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題。

?5、低轉(zhuǎn)速時(shí)的冷卻問題。

首先，異步電動(dòng)機(jī)的阻抗不盡理想，當(dāng)電源頻率較底時(shí)，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動(dòng)機(jī)再轉(zhuǎn)速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小，致使電動(dòng)機(jī)的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。

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二、變頻電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)

?1、電磁設(shè)計(jì)。

對(duì)普通異步電動(dòng)機(jī)來說，再設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、啟動(dòng)性能、效率和功率因數(shù)。而變頻電動(dòng)機(jī)，由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率，可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近1時(shí)直接啟動(dòng)，因此，過載能力和啟動(dòng)性能不在需要過多考慮，而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動(dòng)機(jī)對(duì)非正弦波電源的適應(yīng)能力。方式一般如下：

?1） 盡可能的減小定子和轉(zhuǎn)子電阻。?減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補(bǔ)高次諧波引起的銅耗增 。

?2）為抑制電流中的高次諧波，需適當(dāng)增加電動(dòng)機(jī)的電感。但轉(zhuǎn)子槽漏抗較大其集膚效應(yīng)也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動(dòng)機(jī)漏抗的大小要兼顧到整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。??

3）變頻電動(dòng)機(jī)的主磁路一般設(shè)計(jì)成不飽和狀態(tài)，一是考慮高次諧波會(huì)加深磁路飽和，二是考慮在低頻時(shí)，為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓。

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?2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

再結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要也是考慮非正弦電源特性對(duì)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般注意以下問題：?

?1）絕緣等級(jí)，一般為F級(jí)或更高，加強(qiáng)對(duì)地絕緣和線匝絕緣強(qiáng)度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。

?2）對(duì)電機(jī)的振動(dòng)、噪聲問題，要充分考慮電動(dòng)機(jī)構(gòu)件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

?3）冷卻方式：一般采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。?

?4）防止軸電流措施，對(duì)容量超過160KW電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對(duì)稱，也會(huì)產(chǎn)生軸電流，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。

?5）對(duì)恒功率變頻電動(dòng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3000/min時(shí)，應(yīng)采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補(bǔ)償軸承的溫度升高。變頻電機(jī)可在0。1HZ--130HZ范圍長期運(yùn)行，普通電機(jī)可在：2極的為20--65hz范圍長期運(yùn)行，4極的為25--75hz范圍長期運(yùn)行。6極的為30--85hz范圍長期運(yùn)行， 8極的為35--100hz范圍長期運(yùn)行。

一、電機(jī)的選擇：?

首先應(yīng)該根據(jù)負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的平均功率、最高功率，折算到電機(jī)軸側(cè)（可能有減速機(jī)、皮帶輪等減速裝置）選擇電機(jī)的功率，同時(shí)也要考慮電機(jī)的過載能力。電機(jī)廠商可以提供電機(jī)的力矩特性曲線，不同溫度下電機(jī)特性會(huì)變化。順便說：選型的順序當(dāng)然是先選電機(jī)再根據(jù)電機(jī)選擇變頻器，因?yàn)榭刂频淖罱K目的不是變頻器也不是電機(jī)，而是機(jī)械負(fù)載。

?二、變頻器的選型：

第一應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，應(yīng)該根據(jù)電流選型。對(duì)于一般負(fù)載，可以根據(jù)電機(jī)的額定電流選擇變頻器，即變頻器額定電流（即常規(guī)環(huán)境下的最大持續(xù)工作電流）大于電機(jī)額定電流即可。但是必須要考慮極限狀況的出現(xiàn)。因此變頻器還需要可以提供短時(shí)間的過載電流。（注意：電機(jī)的電流是由機(jī)械負(fù)載決定的）?變頻器有一條過載電流曲線，是一條反時(shí)限曲線，描述了過載電流和時(shí)間的關(guān)系。這就是變頻器廠商經(jīng)常說得過載能力可以達(dá)到150％額定電流2秒、180％額定電流2秒 云云，實(shí)際上是一條曲線。因此，只要電機(jī)的電流曲線在變頻器的過載電流曲線之內(nèi)，就是正確的選型。這就是為什么有時(shí)候變頻器功率要大于電機(jī)功率1檔或2檔（比如起重應(yīng)用），有時(shí)候小功率變頻器仍然可以驅(qū)動(dòng)大功率電機(jī)（比如輸送帶）的原因。另一個(gè)必須注意的：在非正常環(huán)境下，比如高海拔、高環(huán)境溫度（例如大于50度小于60度環(huán)境）、并排安裝方式（有些變頻器并排安裝不降容，有些要降容，根據(jù)變頻器設(shè)計(jì)決定）等情況下，要考慮變頻器的降容。這方面的資料變頻器廠商都可以提供。

?結(jié)果是：變頻器的額定功率可能大于電機(jī)功率，也可以小于電機(jī)功率，事實(shí)上變頻器的選型也是根據(jù)機(jī)械負(fù)載決定的。

?結(jié)論：變頻器選型的最終依據(jù)，是變頻器的電流曲線包羅機(jī)械負(fù)載的電流曲線。?

三、Y型電機(jī)和變頻電機(jī)。

Y型電機(jī)，應(yīng)該就是普通異步電機(jī)（印象中是，不太確定）。變頻器的根本功能就是改變電源頻率，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。因此理論上講，不管是什么電機(jī)，只要可以通過改變頻率調(diào)速的，都可以使用變頻器。

如上面某位朋友所說，變頻電機(jī)有著特殊的設(shè)計(jì)，更適合變頻使用，我同意。因此，并不是有個(gè)獨(dú)立風(fēng)扇就是所謂變頻電機(jī)了。? ? ??

普通異步電機(jī)使用變頻器控制時(shí)，需要注意的是：?

?1、低頻時(shí)（一般小于25hz），由于電機(jī)采用同軸風(fēng)扇，低速時(shí)散熱效果會(huì)很差，電機(jī)發(fā)熱后，力矩特性變軟，從而出現(xiàn)速度不穩(wěn)、電流大等問題。

?2、高頻時(shí)（一般大于50hz），要看電機(jī)能否承受高轉(zhuǎn)速帶來的比如軸承發(fā)熱、動(dòng)平衡不好等問題。

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審核編輯：劉清