Разница между обычными асинхронными двигателями и двигателями с регулируемой частотой

1, Обычные асинхронные двигатели разработаны с постоянной частотой и напряжением и не могут полностью удовлетворить требования регулирования скорости с переменной частотой. Ниже приводится влияние преобразователей частоты на двигатели.

1. КПД и повышение температуры электродвигателей.
Независимо от формы преобразователя частоты во время работы он генерирует гармоники напряжения и тока различной степени, в результате чего двигатель работает при несинусоидальном напряжении и токе. Отказавшись от введения информации, взяв в качестве примера широко используемый преобразователь частоты с синусоидальной ШИМ, его гармоники низшего порядка в основном равны нулю, а оставшиеся гармонические компоненты высокого порядка, которые примерно в два раза превышают несущую частоту, равны 2u+1 (u - это коэффициент модуляции).
Гармоники высокого порядка могут вызвать увеличение потерь в меди статора, потерь в меди (алюминии) в роторе, потерь в железе и дополнительных потерь в электродвигателях, наиболее значительными из которых являются потери в меди (алюминии) в роторе. Поскольку асинхронные двигатели вращаются с синхронной скоростью, близкой к основной частоте, гармонические напряжения высокого порядка могут вызвать значительные потери ротора при резке стержней ротора с большим скольжением. Кроме того, необходимо учитывать дополнительный расход меди, вызванный скин-эффектом. Эти потери заставят двигатель выделять дополнительное тепло, снизят эффективность и выходную мощность. Например, если обычный трехфазный асинхронный двигатель работает от несинусоидального источника питания с помощью преобразователя частоты, повышение его температуры обычно увеличивается на 10% -20%.

2. Проблема прочности изоляции электродвигателей.
В настоящее время многие преобразователи частоты малого и среднего размера используют метод управления ШИМ. Его несущая частота составляет от нескольких тысяч до десятков килогерц, что требует, чтобы обмотка статора двигателя выдерживала высокую скорость нарастания напряжения, что эквивалентно подаче на двигатель крутого импульсного напряжения, благодаря чему межвитковая изоляция двигателя выдерживает более суровое испытание. Кроме того, прямоугольное прерывающее импульсное напряжение, генерируемое преобразователями частоты ШИМ, наложенное на рабочее напряжение двигателя, представляет угрозу для изоляции заземления двигателя, а изоляция заземления ускоряет старение при повторяющихся высоковольтных воздействиях.

3. Гармонический электромагнитный шум и вибрация.
Когда обычный асинхронный двигатель питается от преобразователя частоты, это усложняет вибрацию и шум, вызванные электромагнитными, механическими, вентиляционными и другими факторами. Различные временные гармоники, содержащиеся в источнике питания переменной частоты, мешают собственным пространственным гармоникам электромагнитной части двигателя, образуя различные силы электромагнитного возбуждения. Когда частота электромагнитных силовых волн соответствует или близка к собственной частоте вибрации корпуса двигателя, возникает явление резонанса, тем самым увеличивая шум. Из-за широкого диапазона рабочих частот и большого диапазона изменения скорости электродвигателей частотам различных электромагнитных волн трудно избежать собственных частот вибрации различных компонентов двигателя.

4. Приспособленность электродвигателей к частому пуску и торможению.
Благодаря использованию преобразователя частоты для питания двигатель может запускаться при очень низкой частоте и напряжении без импульсного тока, а различные методы торможения, обеспечиваемые преобразователем частоты, могут использоваться для быстрого торможения, создавая условия для частого пуска и торможения. . Таким образом, механическая и электромагнитная системы двигателя подвергаются циклическим переменным силам, что приводит к усталости и ускоренному старению механических и изоляционных конструкций.

5. Проблемы с охлаждением на низких скоростях.
Во-первых, импеданс асинхронных двигателей не идеален, и при низкой частоте питания потери, вызванные гармониками высшего порядка в питании, больше. Во-вторых, при повторном уменьшении скорости обычного асинхронного двигателя объем охлаждающего воздуха уменьшается пропорционально кубической мощности скорости, что приводит к ухудшению низкоскоростного режима охлаждения двигателя, резкому увеличению повышения температуры и трудности в достижении постоянного выходного крутящего момента.

2, Характеристики двигателей переменной частоты

1. Электромагнитная конструкция
Для обычных асинхронных двигателей основными параметрами производительности, учитываемыми при проектировании, являются перегрузочная способность, пусковые характеристики, КПД и коэффициент мощности. Что касается двигателей с регулируемой частотой, поскольку критическая скорость скольжения обратно пропорциональна промышленной частоте, их можно запускать непосредственно, когда критическая скорость скольжения близка к 1. Таким образом, перегрузочная способность и пусковые характеристики больше не должны учитываться слишком сильно. Ключевая проблема, которую предстоит решить, заключается в том, как улучшить адаптивность двигателя к несинусоидальным источникам питания. Общий подход следующий: 1) Минимизируйте сопротивление статора и ротора, насколько это возможно.
Уменьшение сопротивления статора может уменьшить основные потери в меди, чтобы компенсировать увеличение потерь в меди, вызванное гармониками высокого порядка.
2) Для подавления высших гармоник в токе необходимо соответствующим образом увеличить индуктивность двигателя. Но паз ротора имеет больший импеданс утечки, и его скин-эффект также велик, а также увеличиваются потери в меди на гармониках высокого порядка. Поэтому величина реактивного сопротивления рассеяния двигателя должна учитывать рациональность согласования импедансов во всем диапазоне скоростей.
3) Основная магнитная цепь двигателя с регулируемой частотой обычно рассчитана на нахождение в ненасыщенном состоянии. Во-первых, следует учитывать, что более высокие гармоники усилят насыщение магнитной цепи, а во-вторых, рассмотреть возможность увеличения выходного напряжения преобразователя частоты соответствующим образом для увеличения выходного крутящего момента на низких частотах.
2. Структурный проект
При проектировании конструкции основным фактором также является влияние несинусоидальных характеристик источника питания на изоляционную структуру, вибрацию, метод шумового охлаждения и другие аспекты двигателя с регулируемой частотой. В целом следует отметить следующие проблемы:
1) Уровень изоляции обычно равен F или выше, а прочность изоляции заземления и изоляции витков проводов должна быть повышена, особенно с учетом способности изоляции выдерживать импульсное напряжение.
2) Что касается вибрации и шума двигателя, следует полностью учитывать жесткость компонентов двигателя и общей конструкции, а также приложить усилия для увеличения его собственной частоты, чтобы избежать резонанса с различными силовыми волнами.
3) Метод охлаждения: Обычно используется принудительное вентиляционное охлаждение, то есть главный вентилятор охлаждения двигателя приводится в движение независимым двигателем.
4) Чтобы предотвратить ток на валу, для двигателей мощностью более 160 кВт следует принять меры по изоляции подшипников. В основном он склонен к асимметрии магнитной цепи, а также генерирует ток на валу. Когда токи, генерируемые другими высокочастотными компонентами, объединяются, ток на валу значительно увеличивается, что приводит к повреждению подшипника. Поэтому, как правило, следует принимать меры по изоляции.
5) Для двигателей с переменной частотой и постоянной мощностью, когда скорость превышает 3000 об/мин, следует использовать специальную термостойкую смазку для компенсации повышения температуры подшипников.

Синхронный двигатель:
1, особенности:
1. Повышенный коэффициент мощности, обычно равный 0.9, что полезно для улучшения коэффициента мощности электросети и увеличения ее мощности.
2. Высокая стабильность работы. Когда напряжение сети внезапно падает до 80% от номинального значения, система возбуждения, как правило, может автоматически регулировать и осуществлять принудительное возбуждение, чтобы обеспечить стабильную работу двигателя.
3. Перегрузочная способность выше, чем у соответствующего асинхронного двигателя.
4. Высокая эффективность работы, особенно для тихоходных асинхронных двигателей.

2, метод запуска
1. Асинхронный способ пуска, в большинстве синхронных двигателей на роторе установлена ​​пусковая обмотка, аналогичная короткозамкнутой обмотке асинхронных двигателей. Цепь повторного возбуждения включается последовательно с добавочным сопротивлением, примерно в 10 раз превышающим сопротивление обмотки возбуждения, образуя замкнутую цепь. Статор синхронного двигателя напрямую подключается к электросети и запускается как асинхронный двигатель. Когда скорость достигает субсинхронной скорости (95%), дополнительное сопротивление отключается.
2. Запуск с переменной частотой, начиная с преобразователя частоты, не будет повторяться.

3, Применение
Те, кто работал специалистами по энергосбережению на нефтяных месторождениях, знают, что из-за высокого пускового момента, необходимого для двигателя нефтеперекачивающей установки, инженеры обычно проектируют двигатель очень большим, что приводит к явлению «большая лошадь тянет маленькую машину». ". Например, после регулировки балансира двигателя нефтеперекачивающего агрегата мощностью 55 кВт его реальная активная мощность обычно составляет около десяти киловатт, а иногда и небольшая. Я уже делал такое преобразование раньше, меняя асинхронный двигатель насосной установки мощностью 55 кВт на синхронный двигатель мощностью 22 кВт, а затем используя преобразователь частоты для управления. Конечно, им также можно управлять автоматически в зависимости от объема разряда или других сигналов. Уровень энергосбережения может достигать 40%.
Таким образом, асинхронные двигатели, синхронные двигатели и двигатели переменной частоты имеют свои собственные характеристики, в основном в зависимости от контролируемой рабочей среды. Конечно, с точки зрения инженерной стоимости, асинхронные двигатели должны использоваться как можно чаще.