變頻電動機的特性有哪些

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

相對于普通電動機（這里指交流異步電動機）來說，從結(jié)構(gòu)上，變頻電動機是在普通電動機的基礎(chǔ)上為適應(yīng)變頻器的調(diào)速控制進行相應(yīng)技術(shù)上的調(diào)整和改進：從性能上，變頻電動機更能夠適應(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。

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

在采用普通電動機實現(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。而普通電動機都是按照恒頻恒壓（正弦電源）的條件進行設(shè)計的，可見非正弦波電源不可避免地會對普通電動機在運行特性上產(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定子銅損、轉(zhuǎn)子銅損和鐵損的增加，從而影響電動機的效率。

②變頻器輸出較大的沖擊電壓，對電動機繞組的絕緣強度產(chǎn)生一定的影響。變頻器在進行變頻調(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，在運行電壓進行疊加后將直接影響電動機的對地絕緣效果，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)動電動機的電流中，這就使得電動機定子繞組要承受根高沖擊電壓，這就對電動機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，普通電動機因電磁、機械、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低速運轉(zhuǎn)時的散熱問題。在采用普通電動機與變頻器配合工作實現(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，將直接引起電動機低速下散熱困難，將導(dǎo)致電動機內(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行快速制動功能，普通電動機在其控制下可實現(xiàn)頻繁啟動、正反轉(zhuǎn)和制動控制。例如，為了達到節(jié)能效果，風(fēng)機可每天啟動幾十次，泵類可啟動幾百次等等，可見電動機將常常處于循環(huán)交變力的作用下，將直接加速電動機的機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軸電壓和軸承的影響一般體現(xiàn)在大容量電動機上，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，并改善電動機對非正弦波電源的適應(yīng)能力，變頻電動機在磁路和物理結(jié)構(gòu)上進行了改進。

2.變頻電動機磁路特點

①變頻電動機的主磁路般設(shè)計成不飽和狀態(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。變頻電動機結(jié)構(gòu)特點李頻電動機結(jié)構(gòu)的變化也主要是考慮非正弦波電源對電動機的影響，一般從絕緣強度、振動、噪聲和冷卻方式上有所突破。

①變頻電動機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，具有很強的絕緣耐沖擊電壓的能力。變頻電動機通常采用強迫通風(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，變頻電動機的散熱風(fēng)扇采用獨立的電動機進行驅(qū)動。

②對于不能采取強迫通風(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，加強機座本身的散熱能力。

③變頻電動機在充分考慮電動機構(gòu)件及整體剛性的前提下，盡力提高電動機機體的固有振動頻率，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，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其轉(zhuǎn)速較高，需要用特殊潤滑脂來補償軸承的溫度升高。

綜合所述，變頻器電動機突出優(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.典型變頻電動機的性能特點

目前，在實際應(yīng)用中，由變頻器實現(xiàn)調(diào)速控制的線路大多還是采用普通電動機特別是一些采用中小功率的電動機場合，普通電動機可滿足一般生產(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）、伺服或機床主軸等要求定位性能較高的場合、要求運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與變頻器匹配使用。

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

YVP系列變頻電動機是為了滿足以變頻器為供電電源，對三相異步電動機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?？蓱?yīng)用于要求調(diào)速及快速停車、準(zhǔn)確定位的場所，如機械、輕工、紡織、化工、冶金以及各種流水線等行業(yè)。其具體性能特點如下：

a絕緣等級：F級或H級;

b.外殼防護等級：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軸流風(fēng)機冷）；

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

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

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實現(xiàn)恒功率調(diào)速。

4.變頻電動機的速度控制原理

變頻電動機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，電動機轉(zhuǎn)速的計算公式為：

N1=60f1/P

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

在普通電動機供電及控制線路中，電動機直接由工頻電源（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KM-1閉合，電動機啟動并在頻率50Hz電源下全速運轉(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，由變頻器對電動機供電電源的頻率進行調(diào)整后，再為電動機供電，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)電動機轉(zhuǎn)速計算公式可知，變頻電動機的速度隨著電源頻率的變化而升高或降低。