變頻器和電機之間的恩怨情仇

    目前很多中小型三相變頻器都是采用PWM控制。它的載頻在幾千到十千赫左右，使電機定子繞組承受較高的電壓上升率，相當于給電機施加陡峭的沖擊電壓，使電機匝間絕緣承受嚴峻的考驗。

    本文將從電機效率和溫升、電機絕緣強度、諧波電磁噪聲和振動、電機對頻繁啟動和制動的適應性以及低速冷卻五個方面討論變頻器on電機的影響。

    1.電機的效率和溫升。

    無論是變頻器，哪種形式，在運行中都會產生不同程度的諧波電壓和電流，使電機在非正弦電壓和電流下運行。盡管引入了數據，但以目前廣泛使用的正弦波PWM類型變頻器，其低次諧波基本為零，剩余約為載波頻率兩倍大的高次諧波分量為2u+1(u為調制指數)。高次諧波會引起定子銅損耗、轉子銅(鋁)損耗、鐵損耗和附加損耗的增加，其中最顯著的是轉子銅(鋁)損耗。由于異步電機以接近基頻的同步速度旋轉，高次諧波電壓以較大的轉差率切割轉子線棒，會產生較大的轉子損耗。此外，還應考慮皮膚效應引起的額外銅消耗。這些損耗會使電機產生額外的熱量，降低效率，降低輸出功率。比如普通三相異步電動機在變頻器輸出的非正弦電源下運行，其溫升一般會增加10%-20%。

    2.電機絕緣強度。

    目前很多中小型變頻器都是采用PWM控制。它的載頻在幾千到十千赫左右，使電機定子繞組承受較高的電壓上升率，相當于給電機施加陡峭的沖擊電壓，使電機匝間絕緣承受嚴峻的考驗。此外，PWM變頻器產生的矩形斬波脈沖電壓疊加在電機工作電壓上，會對電機對地絕緣造成威脅，對地絕緣在高壓反復沖擊下會加速老化。

    3.諧波電磁噪聲和振動。

    普通異步電機采用變頻器，電磁、機械、通風等因素引起的振動和噪聲會變得更加復雜。變頻電源中包含的每次諧波都會干擾電機電磁部分固有的空間諧波，形成各種電磁激振力。當電磁波的頻率與電機本體的固有振動頻率一致或接近時，就會發生共振，從而增加噪聲。由于電機工作頻率范圍寬，轉速范圍寬，很難避免電機各部件的固有振動頻率。

    4.電機對頻繁啟動和制動的適應性。

    由于變頻器用于供電，電機可以在非沖擊電流模式下以極低的頻率和電壓啟動，并且變頻器提供的各種制動模式可用于快速制動，為頻繁啟動和制動創造了條件。因此，電機的機械系統和電磁系統處于循環交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來疲勞和加速老化問題。

    5.低速冷卻問題。

    首先，異步電動機的阻抗不理想。當電源頻率較低時，電源中高次諧波造成的損耗較大。其次，當普通異步電機轉速再次下降時，冷卻風量與轉速的三次方成比例下降，導致電機低速冷卻狀況惡化，溫升急劇增加，難以實現恒轉矩輸出。