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--熱烈祝賀我會聯(lián)辦的科普活動被中國科協(xié)評為--優(yōu)秀科普活動
12月21日，中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會辦公廳印發(fā)《關(guān)于對2020年全國科普日有關(guān)組織單位和活動予以表揚(yáng)的通知》（科協(xié)辦函普字【2020】158號），江蘇省機(jī)械工程學(xué)會、南京工程學(xué)會和江蘇省學(xué)會服務(wù)中心聯(lián)辦的“2020年全國科普日暨第一屆‘天印筑夢·科普智行’”活動，被評為優(yōu)秀科普活動。
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普通電機(jī)與變頻電機(jī)的區(qū)別有哪些？ 普通電機(jī)不能當(dāng)變頻電機(jī)使用？
時間：2020/8/27 10:59:38 瀏覽次數(shù)：2443
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變頻電機(jī)是可以根據(jù)工作需要，通過改變電機(jī)的頻率來達(dá)到所要的轉(zhuǎn)速要求，可進(jìn)行轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)；而普通電機(jī)轉(zhuǎn)速固定無法調(diào)節(jié)，如果強(qiáng)制變頻調(diào)節(jié)會對電機(jī)造成不同程度的損傷甚至燒毀。普通電動機(jī)是按恒頻恒壓設(shè)計的，不可能完全適應(yīng)變頻器調(diào)速的要求，因此不能當(dāng)做變頻電機(jī)使用。
變頻電機(jī)與普通電機(jī)相比，從外形上看，沒有太大的區(qū)別，但兩者從性能和使用方面有較大的差異。變頻電機(jī)由變頻電源或變頻器供電，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可變化，有恒轉(zhuǎn)矩和恒功率變頻電機(jī)，而普通電機(jī)則是由工頻電源供電，其額定轉(zhuǎn)速是相對固定的。
電動機(jī)的性能與變頻器的特性密切相關(guān)。電動機(jī)應(yīng)由適合的變頻器供電，并在同一個載波頻率下進(jìn)行試驗(yàn)。原則上規(guī)定，應(yīng)使用與被試電動機(jī)實(shí)際運(yùn)用配套使用的變頻器提供試驗(yàn)電源，否則應(yīng)考慮試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場運(yùn)行時性能數(shù)據(jù)的差異性。
變頻電機(jī)的特點(diǎn)
電磁設(shè)計
1）盡可能的減小定子和轉(zhuǎn)子電阻。減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補(bǔ)高次諧波引起的銅耗增大。
2）為抑制電流中的高次諧波，需適當(dāng)增加電動機(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，電動機(jī)漏抗的大小要兼顧到整個調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。
3）變頻電機(jī)的主磁路一般設(shè)計成不飽和狀態(tài)，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓。
變頻控制原理
Eg=4.44f1N1kn1фm
控制公式
Eg --氣隙磁通在定子每相中的感應(yīng)電動勢的有效值；
f1 --定子頻率；
N1 --定子每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)；
kn1 --基波繞組系數(shù)；
Φm --每極氣隙磁通量；
結(jié)構(gòu)設(shè)計
在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般注意以下問題：
1）絕緣等級，一般為F級或更高，加強(qiáng)對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。
2）對電機(jī)的振動、噪聲問題，要充分考慮電動機(jī)構(gòu)件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
3）冷卻方式：一般采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動。
4）防止軸電流措施，對容量超過160KW的電動機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對稱，也會產(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，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。
1 變頻器對電機(jī)的影響主要在電動機(jī)的效率和溫升
變頻器在運(yùn)行中能產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行，里面的高次諧波會引起電動機(jī)定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅耗、鐵耗及附加損耗增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅耗，這些損耗會使電動機(jī)額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，普通電動機(jī)溫升一般要增加10%——20%。
2 電動機(jī)的絕緣強(qiáng)度問題
變頻器載波頻率從幾千到十幾千赫，使得電動機(jī)定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當(dāng)于對電動機(jī)施加陡度很大的沖擊電壓，使電動機(jī)的匝間絕緣承受較為嚴(yán)重的考驗(yàn)。
3 諧波電磁噪聲與震動
普通電動機(jī)采用變頻器供電時，會使由電磁、機(jī)械、通風(fēng)等因素所引起的震動和噪聲變的更加復(fù)雜。變頻電源中含有的各次諧波與電動機(jī)電磁部分固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力，從而加大噪聲。由于電動機(jī)的工作頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機(jī)的各結(jié)構(gòu)件的固有振動頻率。
4 低轉(zhuǎn)速時的冷卻問題
當(dāng)電源頻率較低時，電源中的高次諧波所引起的損耗較大；其次變通電機(jī)轉(zhuǎn)速降低時，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成正比減小，致使電機(jī)熱量散發(fā)不出去，溫升急劇增加，難以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。
5 針對以上情況，變頻電機(jī)采用以下設(shè)計
1、盡可能減小定子和轉(zhuǎn)子電阻，降低基波銅耗，以彌補(bǔ)高次諧波引起的銅耗增加。
2、主磁場不飽和設(shè)計，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時為了提高輸出轉(zhuǎn)矩可適當(dāng)提高變頻器的輸出電壓。
3、結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是絕緣等級提高；對電動機(jī)的振動、噪聲問題充分考慮；冷卻方式采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動方式，強(qiáng)冷風(fēng)扇的作用就是為了保證電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下的冷卻。
4、變頻電機(jī)的線圈分布電容小一點(diǎn)，矽鋼片的電阻大些，這樣高頻脈沖對電機(jī)的影響就小了，電機(jī)的電感濾波效果要好些。
5、普通電機(jī)即工頻電機(jī)只需要考慮啟動過程和工頻一個點(diǎn)的工作情況，然后設(shè)計電機(jī)；而變頻電機(jī)需要考慮啟動過程和變頻范圍內(nèi)的所有點(diǎn)工作情況，然后設(shè)計電機(jī)。
6、為了適應(yīng)變頻器輸出的PWM調(diào)寬波模擬正弦交流電含有大量諧波，專門制作的變頻電機(jī)，其作用實(shí)際上可理解為電抗器加普通電機(jī)。
如何區(qū)分普通電機(jī)和變頻電機(jī)？
一.普通電機(jī)和變頻電機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別
1.絕緣等級要求更高
一般變頻電機(jī)的絕緣等級為F級或更高，加強(qiáng)對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。
變頻電機(jī)由于要承受高頻磁場，所以絕緣等級要比普通電機(jī)高，變頻電機(jī)槽絕緣、電磁線都有特殊要求，以提高高頻沖擊波的耐受能力。
2.變頻電機(jī)的振動、噪聲要求更高
變頻電機(jī)要充分考慮電動機(jī)構(gòu)件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
3.變頻電機(jī)冷卻方式不同
變頻電機(jī)一般采用強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，即主電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動。
普通電機(jī)風(fēng)扇隨電機(jī)轉(zhuǎn)子同時轉(zhuǎn)動，而變頻電機(jī)中是靠另外的軸流風(fēng)機(jī)散熱，分機(jī)的轉(zhuǎn)速是固定的，能保證電機(jī)低速運(yùn)行時的散熱需求。因而，普通風(fēng)機(jī)被變頻使用且低速運(yùn)行時，可能會因過熱而燒掉。
4.保護(hù)措施要求不同
對容量超過160KW變頻電動機(jī)應(yīng)采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對稱，也會產(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，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。對恒功率變頻電動機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過3000/min時，應(yīng)采用耐高溫的特殊潤滑脂，以補(bǔ)償軸承的溫度升高。
變頻電機(jī)可在其調(diào)速范圍內(nèi)任意調(diào)速，且電機(jī)不會損壞，而一般工頻電機(jī)只能在額定電壓和額定頻率條件下運(yùn)行。部分電機(jī)廠家設(shè)計了調(diào)節(jié)范圍較小的寬頻普通電機(jī)，能保證小范圍的變頻使用，但范圍不能太大，否則電機(jī)會因發(fā)熱甚至燒毀。
5.散熱系統(tǒng)不同
變頻電機(jī)散熱風(fēng)扇采用獨(dú)立電源供電，保證持續(xù)的散熱能力。
二.普通電機(jī)和變頻電機(jī)設(shè)計上的區(qū)別
1.電磁設(shè)計
對普通異步電動機(jī)來說，在設(shè)計時主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、啟動性能、效率和功率因數(shù)。而變頻電動機(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時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關(guān)鍵問題是如何改善電動機(jī)對非正弦波電源的適應(yīng)能力。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計
在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要也是要考慮非正弦電源特性對變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響。
如果將工頻電機(jī)變頻使用的話這就是其中一個很嚴(yán)重的問題，在電機(jī)低頻運(yùn)行的時候電機(jī)轉(zhuǎn)速很低，而這個時候電機(jī)本身的發(fā)熱量是最大的時候，如果是工頻電機(jī)的話通風(fēng)風(fēng)量反而變得比較小，這會造成風(fēng)機(jī)散熱不夠引起電機(jī)過熱。
變頻器為何能節(jié)能？
變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運(yùn)行時，除達(dá)到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費(fèi)。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。
綜觀工業(yè)應(yīng)用中所有電機(jī)能耗，大約有70%的電機(jī)都是應(yīng)用于風(fēng)機(jī)和泵類負(fù)載，該類負(fù)載的節(jié)能減排，所帶來的好處顯而易見：巨大的經(jīng)濟(jì)效益和可持續(xù)發(fā)展社會效應(yīng)。恰恰基于以上目的，交流電機(jī)變頻調(diào)速應(yīng)用極其廣泛。比如說變頻空調(diào)，當(dāng)空調(diào)設(shè)置的溫度降低時，只需要控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，減少輸出的驅(qū)動功率即可。
除了節(jié)能、便于推廣應(yīng)用，變頻調(diào)速異步電動機(jī)具有軟啟動優(yōu)勢，不必考核啟動性能，唯一需要解決的關(guān)鍵問題就是：必須加強(qiáng)改善電動機(jī)對非正弦波電源的適應(yīng)能力。
