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變頻供電的利弊分析
點擊次數：861 發布時間：2023-6-29
變頻電機和工頻電機是截然不同的兩個系列產品，但客戶將工頻電機變頻使用又是很常見的一種做法。無論對電機生產廠或配套設備廠，這種簡單易行的方法或許最為經濟、快捷，但存在極大的風險：可能導致電機壽命減少或直接燒毀。
既然工頻電機變頻使用很常見，無疑有其合理的一面。異步電機的轉速與電源頻率成正相關：即頻率高，轉速也高（不考慮轉差的影響，成正比）；輸出轉矩和電流的大小與負載（=“動負荷"+“靜負荷或穩態負荷"）有關，若諧波成分的影響不十分嚴重，額定負載時電流增長的幅度并不大；電機運行時變頻范圍不小于額定頻率的30%。符合上述情況的往往還挺多，實際運行時轉速不至于低到過于影響通風散熱，電流增長幅度也不至于太大，因而電機確能按設計預期正常工作。
所謂極大風險，緣于大多終端用戶并不清楚變頻供電時，變頻器會輸出大量的高頻諧波，某一轉速時電機可能共振。因而額定負荷時會過載（電流增幅太大）、高頻諧波擊穿線包或漆包線絕緣、調速過程中嘯叫或劇烈振動，有些時候甚至會引發變頻器功率模塊爆炸。
Ms.參今天就變頻電機的特殊性進行一個簡單的歸納和總結，旨在減少變頻器供電電機運行時的風險，發生意外時將損失降到低。
對普通異步電動機來說，設計時主要考慮的性能參數是過載能力、起動性能、效率和功率因數，而變頻電機，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時直接起動，因此，過載能力和啟動性能不需要過多考慮，而要解決的關鍵問題是如何改善電機對非正弦波電源的適應能力。因而在設計環節采取的措施主要有：
● 盡可能的減小定子和轉子電阻。因為 減小定子電阻可降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增加。
● 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。
● 將主磁路設計成不飽和狀態，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。
結構設計時，充分考慮和評價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，可以通過以下方式保證產品的性能符合要求：
● 一般為F級或更高的絕緣等級，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。 有的電機生產廠家采用加厚漆膜電磁線，規范的電機生產廠家采用變頻電機專用電磁線。從電磁線的性能指標分析，變頻電磁線采用的漆有別與普通電磁線，采用加厚線會有一定效果，但解決不了根本問題。但從成本造價分析，變頻電磁線要比普通電磁線價位高。
● 要充分考慮電動機構件及整體的剛性，以有效規避電機的振動和噪聲問題，從提高電機固有頻率的角度，避開與各次力波產生共振現象。
● 對容量超過132千瓦的電動機應采用軸承絕緣措施。主要是因為變頻電機容易產生磁路不對稱，導致電機運行時產生軸電流，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。
● 對恒功率變頻電動機，當轉速超過2P電機同步轉速時，應采用耐高溫的特殊潤滑脂，以保證軸承運行時的潤滑效果，必要時應選用特殊的耐高溫軸承。
不同的電機廠家，同規格的電磁方案不盡相同，但電機運行的實際效果會有一些差異性；相同的產品，由于使用工況的特殊性，也會導致同規格產品穩定性的差異。Ms.參建議，電機生產廠家應盡力充分了解電機的使用工況，通過產品的頂層設計改進規避實際的使用風險。