Вплив частотного перетворювача на двигун

1. ККД і підвищення температури електродвигунів
Незалежно від форми перетворювача частоти, під час роботи він генеруватиме різний ступінь гармонічної напруги та струму, змушуючи двигун працювати під несинусоїдальною напругою та струмом.
Візьмемо для прикладу широко використовуваний ШІМ-перетворювач частоти синусоїдальної хвилі, його низькі гармоніки в основному дорівнюють нулю, а інші гармонічні компоненти високого порядку, які приблизно вдвічі перевищують несучу частоту, дорівнюють 2u+1 (u — коефіцієнт модуляції) .
Гармоніки вищого порядку можуть спричинити збільшення втрат міді в статорі, втрат у міді (алюмінію) в роторі, втрат у залізі та додаткових втрат в електродвигунах, причому найбільш значними є втрати міді (алюмінію) в роторі.
Оскільки асинхронні двигуни обертаються на синхронних швидкостях, близьких до основної частоти, високі гармонічні напруги, що розрізають стрижні ротора з великим ковзанням, призведуть до значних втрат ротора.
Крім того, необхідно враховувати додаткові втрати міді, викликані скін-ефектом, який призведе до того, що двигун виділить додаткове тепло, знизить ефективність і зменшить вихідну потужність. Якщо звичайний трифазний асинхронний двигун працює в умовах несинусоїдального джерела живлення від перетворювача частоти, підвищення його температури, як правило, має збільшитися на 10%-20%.
2. Питання міцності ізоляції електродвигуна
В даний час багато малих і середніх перетворювачів частоти використовують ШІМ-метод керування з несучою частотою від кількох тисяч до десяти кілогерц, що змушує обмотку статора двигуна витримувати високу швидкість зростання напруги, еквівалентну застосуванню крутого імпульсу. напруги до двигуна, завдяки чому міжвиткова ізоляція двигуна витримує серйозніші випробування.
Крім того, прямокутна імпульсна напруга переривника, створена ШІМ-інвертором, накладається на робочу напругу двигуна, створюючи загрозу для ізоляції заземлення двигуна. Ізоляція землі прискорить старіння під дією повторюваних ударів високої напруги.
3. Гармонічний електромагнітний шум і вібрація
Коли звичайні асинхронні двигуни живляться від перетворювачів частоти, вібрація та шум, викликані електромагнітними, механічними, вентиляційними та іншими факторами, стають більш складними.
Різні часові гармоніки, що містяться в джерелі живлення зі змінною частотою, взаємодіють із власними просторовими гармоніками електромагнітної частини двигуна, утворюючи різні електромагнітні сили збудження. Коли частота електромагнітних хвиль є постійною або близькою до власної частоти вібрації корпусу двигуна, виникне явище резонансу, що призведе до збільшення шуму.
Через широкий діапазон робочих частот і великий діапазон зміни швидкості електродвигунів, частотам різних електромагнітних хвиль важко уникнути власних частот вібрації різних компонентів двигуна.
4. Пристосованість електродвигунів до частих пусків і гальмувань
Завдяки використанню частотного перетворювача для живлення електродвигун можна запускати на дуже низьких частотах і напругах без імпульсного струму, а різні способи гальмування, які забезпечує частотний перетворювач, можна використовувати для швидкого гальмування, створюючи умови для частого запуску і гальмування.
Таким чином, механічні та електромагнітні системи електродвигуна піддаються циклічним змінним силам, які спричиняють проблеми втоми та прискореного старіння механічних та ізоляційних структур.
5. Проблема з охолодженням на низькій швидкості
По-перше, імпеданс асинхронних двигунів не ідеальний, і коли частота живлення низька, втрати, викликані гармоніками високого порядку в джерелі живлення, значні.
По-друге, коли швидкість звичайного асинхронного двигуна зменшується, об’єм охолоджуючого повітря зменшується пропорційно третьому ступені швидкості, що призводить до погіршення умов низькошвидкісного охолодження двигуна, різкого підвищення температури та труднощів. у досягненні постійного крутного моменту.