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在變頻調速的過程中會對普通異步電機產生哪些影響?

變頻器的變頻調速技術對電機及其效率的影響無論采用何種控制方式,其輸出到電機端的電壓脈沖都是非正弦的。因此,分析普通異步電動機在非正弦波下的運行特性,就是變頻調速對電動機的影響。

主要有以下幾個方面:

電機的損耗和效率在非正弦電源下運行的電機,除了基波引起的正常損耗外,還會有許多附加損耗。主要表現在定子銅損、轉子銅損和鐵損的增加,從而影響電機的效率。

1、定子銅損定子繞組中的諧波電流使得I2R增大。當忽略趨膚效應時,非正弦電流下的定子銅損與總電流有效值的平方成正比。若定子相數為m1,每相定子電阻為R1,則總定子銅損P1為包括基波電流在內的總定子電流有效值Irms代入上述公式,可得公式中的第二項代表諧波損耗。通過實驗發現,由于諧波電流的存在和相應漏磁通的出現,漏磁通磁路的飽和度增加,從而勵磁電流增加,因此電流的基波分量也增加。

2.轉子銅損在諧波頻率下,定子繞組的電阻一般可以認為是常數,但對于異步電動機的轉子,由于集膚效應,其交流電阻大大增加。尤其是深槽的籠型轉子尤為嚴重。正弦波電源下的同步電機或磁阻電機,定子空間諧波磁勢小。轉子表面繞組引起的損耗可以忽略不計。當同步電機在非正弦電源下運行時,時間諧波磁勢會感應出轉子諧波電流,就像異步電機在接近其基波同步轉速下運行一樣。

反向旋轉的5次諧波磁位和正向旋轉的7次諧波磁位都會感應出6倍基頻的轉子電流。當基頻為50Hz時,轉子電流頻率為300Hz。類似地,11次和13次諧波感應出12倍于基頻的轉子電流,即600HZ。在這些頻率下,轉子的實際交流電阻遠大于DC電阻。轉子電阻的實際增加取決于導體橫截面和導體所在的轉子槽的幾何形狀。通常,對于縱橫比約為4的銅導體,在300±50Hz時,交流電阻與DC電阻之比約為2.6。該比值在600赫茲時約為3.7。在更高的頻率下,該比率與頻率的平方根成比例增加。

3.由于電源電壓中的諧波,諧波鐵損電機中的鐵芯損耗也會增加;定子電流的諧波在氣隙之間建立了時間諧波磁動勢。氣隙中任一點的總磁勢是基波和時間諧波磁勢的組合。對于三相六階電壓波形,氣隙中的峰值磁密比基波值大10%左右,但時間諧波磁通引起的鐵損增加很小。端部漏磁通和斜槽漏磁通引起的雜散損耗在諧波頻率作用下會增大,在非正弦供電時必須考慮:定子和轉子繞組都存在端部漏磁通效應,主要是漏磁通進入端板引起的渦流損耗。由于定子磁勢和轉子磁勢之間相位差的變化,斜槽結構中出現斜槽漏磁通,其磁勢在末端達到最大值,造成定子和轉子鐵芯和齒中的損耗。

4.電機效率的諧波損耗顯然取決于施加電壓的諧波含量。諧波分量大,電機損耗增加,效率下降。然而,大多數靜態逆變器不會產生低于5階的諧波,而高次諧波的幅度很小。這種波形的電壓不會嚴重降低電機的效率。中等容量異步電動機的計算和對比試驗表明,其滿載有效電流比基波值高4%左右。如果忽略趨膚效應,電機的銅損與總有效電流的平方成正比,諧波銅損為基波損耗的8%??紤]到集膚效應可使轉子電阻平均增加3倍,電機的諧波銅損應為基波損耗的24%。如果銅損占電機總損耗的50%,諧波銅損會使整個電機的損耗增加12%。鐵損的增加很難計算,因為它受電機結構和所用磁性材料的影響。

如果定子電壓波形中的高次諧波分量相對較低,則諧波鐵損不會像6階波那樣增加10%以上。如果鐵損和雜散損耗占電機總損耗的40%,那么諧波損耗只占電機總損耗的4%。摩擦和風阻損耗不受影響,所以電機總損耗增加不到20%。如果在50Hz正弦電源下電機效率為90%,由于諧波的存在,電機效率只會下降1%-2%。如果外加電壓波形的諧波分量明顯大于6階波的諧波分量,電機的諧波損耗將大大增加,并可能大于基波損耗。在6步供電的情況下,具有低泄漏阻抗的磁阻電機可能吸收大的諧波電流,從而使電機的效率降低5%或更多。在這種情況下,為了令人滿意地運行,有必要使用12級逆變器或六相定子繞組。電機的諧波電流和諧波損耗實際上與負載無關,所以實際上可以通過比較正弦電源和非正弦電源在空載情況下的諧波損耗來確定。這樣就可以確定某一類型或結構的電機效率下降的大致范圍。

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創建時間:2022-05-16 10:26
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