變頻供電的利弊分析

變頻電機(jī)和工頻電機(jī)是截然不同的兩個(gè)系列產(chǎn)品，但客戶將工頻電機(jī)變頻使用又是很常見的一種做法。無論對(duì)電機(jī)生產(chǎn)廠或配套設(shè)備廠，這種簡(jiǎn)單易行的方法或許最為經(jīng)濟(jì)、快捷，但存在極大的風(fēng)險(xiǎn)：可能導(dǎo)致電機(jī)壽命減少或直接燒毀。

既然工頻電機(jī)變頻使用很常見，無疑有其合理的一面。異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正相關(guān)：即頻率高，轉(zhuǎn)速也高（不考慮轉(zhuǎn)差的影響，成正比）；輸出轉(zhuǎn)矩和電流的大小與負(fù)載（=“動(dòng)負(fù)荷"+“靜負(fù)荷或穩(wěn)態(tài)負(fù)荷"）有關(guān)，若諧波成分的影響不十分嚴(yán)重，額定負(fù)載時(shí)電流增長(zhǎng)的幅度并不大；電機(jī)運(yùn)行時(shí)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(shí)際運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速不至于低到過于影響通風(fēng)散熱，電流增長(zhǎng)幅度也不至于太大，因而電機(jī)確能按設(shè)計(jì)預(yù)期正常工作。

所謂極大風(fēng)險(xiǎn)，緣于大多終端用戶并不清楚變頻供電時(shí)，變頻器會(huì)輸出大量的高頻諧波，某一轉(zhuǎn)速時(shí)電機(jī)可能共振。因而額定負(fù)荷時(shí)會(huì)過載（電流增幅太大）、高頻諧波擊穿線包或漆包線絕緣、調(diào)速過程中嘯叫或劇烈振動(dòng)，有些時(shí)候甚至?xí)l(fā)變頻器功率模塊爆炸。

Ms.參今天就變頻電機(jī)的特殊性進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的歸納和總結(jié)，旨在減少變頻器供電電機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)生意外時(shí)將損失降到低。 

對(duì)普通異步電動(dòng)機(jī)來說，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、起動(dòng)性能、效率和功率因數(shù)，而變頻電機(jī)，由于臨界轉(zhuǎn)差率反比于電源頻率，可以在臨界轉(zhuǎn)差率接近1時(shí)直接起動(dòng)，因此，過載能力和啟動(dòng)性能不需要過多考慮，而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電機(jī)對(duì)非正弦波電源的適應(yīng)能力。因而在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)采取的措施主要有： 
 ● 盡可能的減小定子和轉(zhuǎn)子電阻。因?yàn)?nbsp;減小定子電阻可降低基波銅耗，以彌補(bǔ)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(dāng)增加電動(dòng)機(jī)的電感。但轉(zhuǎn)子槽漏抗較大其集膚效應(yīng)也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動(dòng)機(jī)漏抗的大小要兼顧到整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。
● 將主磁路設(shè)計(jì)成不飽和狀態(tài)，一是考慮高次諧波會(huì)加深磁路飽和，二是考慮在低頻時(shí)，為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮和評(píng)價(jià)非正弦電源特性對(duì)變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲、冷卻方式等方面的影響，可以通過以下方式保證產(chǎn)品的性能符合要求：  

● 一般為F級(jí)或更高的絕緣等級(jí)，加強(qiáng)對(duì)地絕緣和線匝絕緣強(qiáng)度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。 有的電機(jī)生產(chǎn)廠家采用加厚漆膜電磁線，規(guī)范的電機(jī)生產(chǎn)廠家采用變頻電機(jī)專用電磁線。從電磁線的性能指標(biāo)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(huì)有一定效果，但解決不了根本問題。但從成本造價(jià)分析，變頻電磁線要比普通電磁線價(jià)位高。

● 要充分考慮電動(dòng)機(jī)構(gòu)件及整體的剛性，以有效規(guī)避電機(jī)的振動(dòng)和噪聲問題，從提高電機(jī)固有頻率的角度，避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象。   

● 對(duì)容量超過132千瓦的電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是因?yàn)樽冾l電機(jī)容易產(chǎn)生磁路不對(duì)稱，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生軸電流，當(dāng)其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結(jié)合一起作用時(shí)，軸電流將大為增加，從而導(dǎo)致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。 
● 對(duì)恒功率變頻電動(dòng)機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過2P電機(jī)同步轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)采用耐高溫的特殊潤滑脂，以保證軸承運(yùn)行時(shí)的潤滑效果，必要時(shí)應(yīng)選用特殊的耐高溫軸承。 

不同的電機(jī)廠家，同規(guī)格的電磁方案不盡相同，但電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際效果會(huì)有一些差異性；相同的產(chǎn)品，由于使用工況的特殊性，也會(huì)導(dǎo)致同規(guī)格產(chǎn)品穩(wěn)定性的差異。Ms.參建議，電機(jī)生產(chǎn)廠家應(yīng)盡力充分了解電機(jī)的使用工況，通過產(chǎn)品的頂層設(shè)計(jì)改進(jìn)規(guī)避實(shí)際的使用風(fēng)險(xiǎn)。