變頻電機與工頻電機的區別在哪里？
2023/6/28 10:45:28 點擊：
電機應用非常廣泛，在沒有變頻器之前，我們使用得最多的就是工頻電機。
當時最需要注意的就是頻率不能太小，有2個理由， 一個就是散熱問題；另外一個就是頻率太低做功基本全無。今天看到一個資料，將變頻電機與工頻電機的區別寫得比較全，大家一起共享。變頻電機與工頻電機的區別
一、普通異步電動機都是按恒頻恒壓設計的，不可能完全適應變頻調速的要求。以下為變頻器對電機的影響：
1、電動機的效率和溫升的問題。
不論那種形式的變頻器，在運行中均產生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。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為調制比）。高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后，便會產生很大的轉子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應所產生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動機運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、電動機絕緣強度問題。
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，這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。另外，由PWM變頻器產生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反復沖擊下會加速老化。
3、諧波電磁噪聲與震動。
普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加復雜。變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產生共振現象，從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍寬，轉速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構件的固有震動頻率。
4、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力。
由于采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現頻繁啟動和制動創造了條件，因而電動機的機械系統和電磁系統處于循環交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。
5、低轉速時的冷卻問題。
首先，異步電動機的阻抗不盡理想，當電源頻率較底時，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動機再轉速降低時，冷卻風量與轉速的三次方成比例減小，致使電動機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實現恒轉矩輸出。
二、變頻電動機的特點
1、電磁設計。
對普通異步電動機來說，再設計時主要考慮的性能參數是過載能力、啟動性能、效率和功率因數。而變頻電動機，由于臨界轉差率反比于電源頻率，可以在臨界轉差率接近1時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。方式一般如下：
1） 盡可能的減小定子和轉子電阻。 減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增 。
2）為抑制電流中的高次諧波，需適當增加電動機的電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效應也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速范圍內阻抗匹配的合理性。
3）變頻電動機的主磁路一般設計成不飽和狀態，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。
2、結構設計。
再結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、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，一般為F級或更高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。
2）對電機的振動、噪聲問題，要充分考慮電動機構件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。
3）冷卻方式：一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動。
4）防止軸電流措施，對容量超過160KW電動機應采用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱，也會產生軸電流，當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。
5）對恒功率變頻電動機，當轉速超過3000/min時，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。變頻電機可在0。1HZ--130HZ范圍長期運行，普通電機可在：2極的為20--65hz范圍長期運行，4極的為25--75hz范圍長期運行。6極的為30--85hz范圍長期運行， 8極的為35--100hz范圍長期運行。
一、電機的選擇：
首先應該根據負載運動時所需要的平均功率、最高功率，折算到電機軸側（可能有減速機、皮帶輪等減速裝置）選擇電機的功率，同時也要考慮電機的過載能力。電機廠商可以提供電機的力矩特性曲線，不同溫度下電機特性會變化。順便說：選型的順序當然是先選電機再根據電機選擇變頻器，因為控制的最終目的不是變頻器也不是電機，而是機械負載。
二、變頻器的選型：
第一應該強調的是，應該根據電流選型。對于一般負載，可以根據電機的額定電流選擇變頻器，即變頻器額定電流（即常規環境下的最大持續工作電流）大于電機額定電流即可。但是必須要考慮極限狀況的出現。因此變頻器還需要可以提供短時間的過載電流。（注意：電機的電流是由機械負載決定的） 變頻器有一條過載電流曲線，是一條反時限曲線，描述了過載電流和時間的關系。這就是變頻器廠商經常說得過載能力可以達到150％額定電流2秒、180％額定電流2秒 云云，實際上是一條曲線。因此，只要電機的電流曲線在變頻器的過載電流曲線之內，就是正確的選型。這就是為什么有時候變頻器功率要大于電機功率1檔或2檔（比如起重應用），有時候小功率變頻器仍然可以驅動大功率電機（比如輸送帶）的原因。另一個必須注意的：在非正常環境下，比如高海拔、高環境溫度（例如大于50度小于60度環境）、并排安裝方式（有些變頻器并排安裝不降容，有些要降容，根據變頻器設計決定）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。
結果是：變頻器的額定功率可能大于電機功率，也可以小于電機功率，事實上變頻器的選型也是根據機械負載決定的。
結論：變頻器選型的最終依據，是變頻器的電流曲線包羅機械負載的電流曲線。
三、Y型電機和變頻電機。
Y型電機，應該就是普通異步電機（印象中是，不太確定）。變頻器的根本功能就是改變電源頻率，從而改變電機轉速。因此理論上講，不管是什么電機，只要可以通過改變頻率調速的，都可以使用變頻器。
如上面某位朋友所說，變頻電機有著特殊的設計，更適合變頻使用，我同意。因此，并不是有個獨立風扇就是所謂變頻電機了。
普通異步電機使用變頻器控制時，需要注意的是：
1、低頻時（一般小于25hz），由于電機采用同軸風扇，低速時散熱效果會很差，電機發熱后，力矩特性變軟，從而出現速度不穩、電流大等問題。
2、高頻時（一般大于50hz），要看電機能否承受高轉速帶來的比如軸承發熱、動平衡不好等問題。
當時最需要注意的就是頻率不能太小，有2個理由， 一個就是散熱問題；另外一個就是頻率太低做功基本全無。今天看到一個資料，將變頻電機與工頻電機的區別寫得比較全，大家一起共享。變頻電機與工頻電機的區別
一、普通異步電動機都是按恒頻恒壓設計的，不可能完全適應變頻調速的要求。以下為變頻器對電機的影響：
1、電動機的效率和溫升的問題。
不論那種形式的變頻器，在運行中均產生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行。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為調制比）。高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后，便會產生很大的轉子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應所產生的附加銅耗。這些損耗都會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動機運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、電動機絕緣強度問題。
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，這就使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。另外，由PWM變頻器產生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電動機對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反復沖擊下會加速老化。
3、諧波電磁噪聲與震動。
普通異步電動機采用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加復雜。變頻電源中含有的各次時間諧波與電動機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波的頻率和電動機機體的固有振動頻率一致或接近時，將產生共振現象，從而加大噪聲。由于電動機工作頻率范圍寬，轉速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各構件的固有震動頻率。
4、電動機對頻繁啟動、制動的適應能力。
由于采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式啟動，并可利用變頻器所供的各種制動方式進行快速制動，為實現頻繁啟動和制動創造了條件，因而電動機的機械系統和電磁系統處于循環交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。
5、低轉速時的冷卻問題。
首先，異步電動機的阻抗不盡理想，當電源頻率較底時，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動機再轉速降低時，冷卻風量與轉速的三次方成比例減小，致使電動機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實現恒轉矩輸出。
二、變頻電動機的特點
1、電磁設計。
對普通異步電動機來說，再設計時主要考慮的性能參數是過載能力、啟動性能、效率和功率因數。而變頻電動機，由于臨界轉差率反比于電源頻率，可以在臨界轉差率接近1時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。方式一般如下：
1） 盡可能的減小定子和轉子電阻。 減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增 。
2）為抑制電流中的高次諧波，需適當增加電動機的電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效應也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速范圍內阻抗匹配的合理性。
3）變頻電動機的主磁路一般設計成不飽和狀態，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。
2、結構設計。
再結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、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，一般為F級或更高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。
2）對電機的振動、噪聲問題，要充分考慮電動機構件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。
3）冷卻方式：一般采用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇采用獨立的電機驅動。
4）防止軸電流措施，對容量超過160KW電動機應采用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱，也會產生軸電流，當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。
5）對恒功率變頻電動機，當轉速超過3000/min時，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。變頻電機可在0。1HZ--130HZ范圍長期運行，普通電機可在：2極的為20--65hz范圍長期運行，4極的為25--75hz范圍長期運行。6極的為30--85hz范圍長期運行， 8極的為35--100hz范圍長期運行。
一、電機的選擇：
首先應該根據負載運動時所需要的平均功率、最高功率，折算到電機軸側（可能有減速機、皮帶輪等減速裝置）選擇電機的功率，同時也要考慮電機的過載能力。電機廠商可以提供電機的力矩特性曲線，不同溫度下電機特性會變化。順便說：選型的順序當然是先選電機再根據電機選擇變頻器，因為控制的最終目的不是變頻器也不是電機，而是機械負載。
二、變頻器的選型：
第一應該強調的是，應該根據電流選型。對于一般負載，可以根據電機的額定電流選擇變頻器，即變頻器額定電流（即常規環境下的最大持續工作電流）大于電機額定電流即可。但是必須要考慮極限狀況的出現。因此變頻器還需要可以提供短時間的過載電流。（注意：電機的電流是由機械負載決定的） 變頻器有一條過載電流曲線，是一條反時限曲線，描述了過載電流和時間的關系。這就是變頻器廠商經常說得過載能力可以達到150％額定電流2秒、180％額定電流2秒 云云，實際上是一條曲線。因此，只要電機的電流曲線在變頻器的過載電流曲線之內，就是正確的選型。這就是為什么有時候變頻器功率要大于電機功率1檔或2檔（比如起重應用），有時候小功率變頻器仍然可以驅動大功率電機（比如輸送帶）的原因。另一個必須注意的：在非正常環境下，比如高海拔、高環境溫度（例如大于50度小于60度環境）、并排安裝方式（有些變頻器并排安裝不降容，有些要降容，根據變頻器設計決定）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。
結果是：變頻器的額定功率可能大于電機功率，也可以小于電機功率，事實上變頻器的選型也是根據機械負載決定的。
結論：變頻器選型的最終依據，是變頻器的電流曲線包羅機械負載的電流曲線。
三、Y型電機和變頻電機。
Y型電機，應該就是普通異步電機（印象中是，不太確定）。變頻器的根本功能就是改變電源頻率，從而改變電機轉速。因此理論上講，不管是什么電機，只要可以通過改變頻率調速的，都可以使用變頻器。
如上面某位朋友所說，變頻電機有著特殊的設計，更適合變頻使用，我同意。因此，并不是有個獨立風扇就是所謂變頻電機了。
普通異步電機使用變頻器控制時，需要注意的是：
1、低頻時（一般小于25hz），由于電機采用同軸風扇，低速時散熱效果會很差，電機發熱后，力矩特性變軟，從而出現速度不穩、電流大等問題。
2、高頻時（一般大于50hz），要看電機能否承受高轉速帶來的比如軸承發熱、動平衡不好等問題。
- 上一篇：沒有啦
- 下一篇：AD7792 (AD [低功耗,16位/ 24位Σ-Δ型AD 2023/6/27
