变频电机与普通电机的区别

发表时间:2019/10/17   来源:《基层建设》2019年第18期   作者:闫晓伟
[导读] 摘要:变频技术,就是通过改变用电设备的供电频率,进而达到控制设备输出功率的目的。
        河南省郑州市河南中烟工业有限责任公司黄金叶生产制造中心  河南郑州  450000
        摘要:变频技术,就是通过改变用电设备的供电频率,进而达到控制设备输出功率的目的。变频技术随着微电子学、电力电子、计算机和自动控制理论等的发展,已经进入了一个崭新、逐渐成熟的技术,其应用亦进入了一个新的高潮。因此,工业应用中变频电机要比普通电机应用广泛。
        关键词:普通电机;变频电机;优点,区别
        1 普通电机的特点
        1.1 变频器对电机的影响主要在电动机的效率和温升
        变频器在运行中能产生不同程度的谐波电压和电流,使电动机在非正弦电压、电流下运行,里面的高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗增加,最为显著的是转子铜耗,这些损耗会使电动机额外发热,效率降低,输出功率减小,普通电动机温升一般要增加10%-20%。
        1.2 电动机的绝缘强度问题
        变频器载波频率从几千到十几千赫,使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率,相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压,使电动机的匝间绝缘承受较为严重的考验。
        1.3 谐波电磁噪声与震动
        普通电动机采用变频器供电时,会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次谐波与电动机电磁部分固有空间谐波相互干涉,形成各种电磁激振力,从而加大噪声。由于电动机的工作频率范围宽(公众号:泵管家),转速变化范围大,各种电磁力波的频率很难避开电动机的各结构件的固有振动频率。
        1.4 低转速时的冷却问题
        当电源频率较低时,电源中的高次谐波所引起的损耗较大;其次变通电机转速降低时,冷却风量与转速的三次方成正比减小,致使电机热量散发不出去,温升急剧增加,难以实现恒转矩输出。
        2 变频电机特点
        普通电机是根据相应的功率设计的,只有在额定的情况下才能稳定运行。变频电机稳定运行需要克服低频时的过热与振动,因此变频电机具有以下特点:
        ①应用高分子绝缘材料和真空压力浸漆制造工艺以及特殊的绝缘结构,使电气绕组绝缘耐压及抗机械强度方面有了很大提高,可防止由于马达高速运转、变频器高频电流冲击以及电压对绝缘物质的破坏。
        ②平衡质量高,震动等级为降振级,机械零部件加工精度高,并采用专用高精度进口轴承,可以高速运转。
        ③强制通风散热系统,强劲风力,可保障马达在任何转速下均得到有效散热,可实现高速或低速长期运行。
        ④采用电磁设计,减少了定子与转子的阻值;具备软启动功能,可适应不同工况条件下的频繁变速,从而做到节能。
        3 变频电机的优势
        3.1 变频调速的节能
        变频调速器的节能效果是被公认的,有些情况下甚至可以节能40%以上,以下是它的节能原理:
        (1)变频节能。由流体力学可知,P(功率)=Q(流量)H(压力),流量Q与转速N的一次方成正比,压力H与转速N的平方成正比,功率P与转速N的立方成正比,如果水泵的效率定,当要求调节流量下降时,转速N可成比例的下降,而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如:--台水泵电机功率为55KW,当转速下降到原转速的4/5时,其耗电量为28.16KW,省电48.8%,当转速下降到原转速的1/2时,其耗电量为6.875KW,省电87.5%。
        (2)功率因数补偿节能。

无功功率不但增加线损和设备的发热,更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低,大量的无功电能消耗在线路当中,设备使用效率低下,浪费严重,使用变频调速装置后,由于变频器内部滤波电容的作用,从而减少了无功损耗,增加了电网的有功功率。
        (3)软启动节能。由于电机为直接启动或Y/D启动,启动电流等于(4-7)倍额定电流,这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击,而且还会对电网容量要求过高,启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大,对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后,利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始,最大值也不超过额定电流,减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求,延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。
        3.2 变频调速在电动机运行方面的优势
        变频调速很容易实现电动机的正、反转。只需要改变变频器内部逆变管的开关顺序,即可实现输出换相,也不存在因换相不当而烧毁电动机的问题。变频调速系统起动大都是从低速开始,频率较低。加、减速时间可以任意设定,故加、减速时间比较平缓起动电流较小,可以进行较高频率的起停。
        变频调速系统制动时,变频器可以利用自己的制动回路,将机械负载的能量消耗在制动电阻上,也可回馈给供电电网,但回馈给电网需增加专用附件,投资较大。除此之外,变频器还具有直流制动功能,需要制动时,变频器给电动机加上一个直流电压,进行制动,则无需另加制动控制电路。
        3.3 以提高工艺水平和产品质量为目的的应用
        变频调速除了在风机、泵类负载上的应用以外,还可以广泛应用于传送、卷绕、起重、挤压、机床等各种机械设备控制领域。它可以提高奇特的产成品率,延长设备的正常工作周期和使用寿命,使操作和控制系统得以简化,有的甚至可以改变原有的工艺规范从而提高了整个设备控制水平。
        4 变频电机和普通电机的五大区别分析
        4.1 电机的效率和温升在变频驱动下,变频电机效率会高10%左右,而温升会小20%左右,尤其是在矢量控制或者直接转矩控制的低频区域。
        4.2 变频电机对于需要频繁启动、频繁调速、频繁制动的场合,要优于普通电动机。
        4.3 在电磁噪声和振动方面,变频电机在变频驱动时较普通电动机有更低的噪音和更小的电磁振动。
        4.4 电动机的绝缘强度问题。由于变频电机专为变频器驱动设计,所以能承受较大的du/dt,所以变频电动机的绝缘强度要高。尤其是在DTC控制模式下,对电动机的绝缘强度是个很大的考验。
        4.5 最主要的区别,还是变频电动机有额外的散热(采用独立的轴流风机强迫通风),在低频、直流制动和一些特殊应用场合下的散热要大大的优于普通的交流异步电动机。
        5 调频技术对电机的要求
        第一是绝缘等级;第二是强制冷却;第三是转子轴承。如果超过基频向上调速,还要考虑电机结构的机械强度。一般国产的普通电机大部分只能在AC380V/50HZ的条件下运行,普通电机能降频或升频使用,但范围不能太大,否则电机会发热甚至烧坏。而变频电机可在其调速范围内可任意调速,电机不会损坏。一般情况下,变频电机以100%额定负载在10%~100%额定速度范围内连续运行,温升不会超过该电机标定容许值。变频电机的出现主要解决普通电机在低速和高速运行的一些问题,普通电机在低速运行是电机的散热问题和高速时电机轴承的强度问题。普通电机的散热大多是空气自冷式,电机的散热靠电机端部的两片叶轮的搅动。当电机的转速较低的时候,电机的散热就成了问题。相对于普通电机,变频电机价格不会贵很多,但是优势很明显。变频电机采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式,使机械自动化程度和生产效率大为提高设备小型化、增加舒适性。
        结语
        当今变频器产业得到飞速发展,变频器产品的产业化规模日趋壮大。交流变频器自20世纪60年代问世后,80年代就在工业化国家广泛使用,由于变频电机具有其稳定可靠的性能和优势的节能效果,随着人们节能环保意识的加强,变频电机的应用也将越来越普及。
        参考文献
        [1]陈小马,高三平.浅谈普通异步电机与变频电机[J].有色冶金节能,2010,第4期
 
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