变频电机的使用方法

一、关于普通异步电动机

普通异步电动机的设计主要是基于恒频恒压的原理，因此在变频调速方面的适应性有限。以下我们将探讨变频器对电机的影响。

1. 电机效率和温升问题

各种形式的变频器在运行中都会产生不同程度的谐波电压和电流，这使得电动机在非正弦电压、电流下运行。以目前广泛使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波含量较低，但仍然存在一定比例的高次谐波。这些高次谐波会导致电机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，其中转子铜（铝）耗的增加最为显著。由于异步电动机是以接近基波频率的同步转速旋转的，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条，产生较大的转子损耗。集肤效应也会产生附加铜耗。这些损耗都会导致电机额外，效率降低，输出功率减小。如果将普通三相异步电动机运行在变频器输出的非正弦电源下，其温升一般会增加10%-20%。

2. 电机绝缘强度问题

目前，许多中小型变频器采用PWM控制方式，其载波频率通常为几千到十几千赫。这使得电机定子绕组承受较高的电压上升率，相当于对电机施加陡度大的冲击电压，对电机的匝间绝缘形成严峻考验。由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电机运行电压上，会对电机的对地绝缘构成威胁，使得对地绝缘在高压的反复冲击下加速老化。

3. 谐波电磁噪声与震动

当普通异步电动机采用变频器供电时，由电磁、机械、通风等因素引起的震动和噪声会变得更加复杂。变频电源中的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率与电动机机体的固有振动频率相近时，会产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避免与电动机的各构件的固有震动频率吻合。

4. 电机对频繁启动、制动的适应能力

采用变频器供电后，电机可以在低频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器提供的各种制动方式进行快速制动，为频繁启动和制动创造了条件。这也使得电机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化的问题。

5. 低转速时的冷却问题

异步电动机的阻抗并不理想。当电源频率较低时，电源中高次谐波引起的损耗较大。在转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，导致电机在低速时的冷却状况恶化，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。

二、变频电动机的特点

1. 电磁设计

对于普通异步电动机来说，设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机由于临界转差率与电源频率成反比，可以在接近1的临界转差率时直接启动，因此不需要过多考虑过载能力和启动性能。改善电机对非正弦波电源的适应能力成为关键。这通常通过以下方式实现：

a. 尽可能减小定子和转子的电阻，以降低基波铜耗，弥补高次谐波引起的铜耗增加。

b. 为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电机的电感。但转子槽漏抗较大时，集肤效应也会增大，高次谐波铜耗随之增加。电机漏抗的大小要兼顾整个调速范围内的阻抗匹配。

c. 变频电机的主磁路一般设计为不饱和状态，既考虑高次谐波可能加深磁路饱和，又在低频时为提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

2. 结构设计

在结构设计时，主要考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声和冷却方式等方面的影响。需要注意以下问题：

a. 提高绝缘等级（一般为F级或更高），加强匝间绝缘和对地绝缘的强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。

b. 在考虑电机的振动和噪声问题时，要充分考虑电机构件及整体的刚性，提高其固有频率，以避免与各次力波产生共振现象。

c. 冷却方式一般采用通风冷却，即主电机散热风扇采用独立电机驱动。此外还要采取防止轴电流的措施对于容量较大的电机（如超过160KW），应采取轴承绝缘措施来防止轴电流的产生。对于恒功率变频电机当转速超过一定值时（如3000/min），应采用耐高特殊润滑脂以补偿轴承的温度升高。

三、关于同步电动机的特点与应用：同步电动机具有功率因数超前运行稳定性高过载能力强和运行效率高等优点尤其在油田等需进行抽油控制的环境中有广泛应用对于一些设计过度的抽油机电机可以采用变频器控制的方式以实现更高效的运行同时还需要考虑电机的启动方式如异步启动法和变频启动法等以更好地满足实际应用需求综合考虑工况