La diferència entre els motors asíncrons ordinaris i els motors de freqüència variable

1, Els motors asíncrons ordinaris estan dissenyats amb freqüència i tensió constants i no poden complir completament els requisits de la regulació de velocitat de freqüència variable. El següent és l'impacte dels convertidors de freqüència en els motors.

1. L'eficiència i l'augment de temperatura dels motors elèctrics
Independentment de la forma del convertidor de freqüència, genera diferents graus de tensió i corrent harmònics durant el funcionament, fent que el motor funcioni sota tensió i corrent no sinusoïdals. Negant la introducció de la informació, prenent com a exemple el convertidor de freqüència PWM d'ona sinusoïdal d'ús comú, els seus harmònics d'ordre baix són bàsicament zero, i els components harmònics d'ordre alt restants que són aproximadament el doble de la freqüència portadora són 2u+1 (u és el relació de modulació).
Els harmònics d'alt ordre poden provocar un augment de la pèrdua de coure de l'estator, la pèrdua de coure del rotor (alumini), la pèrdua de ferro i pèrdues addicionals de motors elèctrics, sent la pèrdua més significativa de coure (alumini) del rotor. Com que els motors asíncrons giren a velocitats síncrones properes a la freqüència fonamental, els voltatges harmònics d'ordre elevat poden causar pèrdues importants del rotor quan es tallen les barres del rotor amb un gran lliscament. A més, també cal tenir en compte el consum addicional de coure causat per l'efecte de la pell. Aquestes pèrdues faran que el motor generi calor addicional, redueixi l'eficiència i la potència de sortida. Per exemple, si un motor asíncron trifàsic normal funciona amb una font d'alimentació no sinusoïdal de sortida d'un convertidor de freqüència, el seu augment de temperatura generalment augmenta un 10% -20%.

2. Problema de resistència a l'aïllament dels motors elèctrics
Actualment, molts convertidors de freqüència petits i mitjans adopten el mètode de control PWM. La seva freqüència portadora és d'uns quants milers a desenes de quilohertzs, la qual cosa requereix que l'enrotllament de l'estator del motor suporti una taxa d'augment de tensió elevada, equivalent a aplicar una tensió d'impuls pronunciada al motor, fent que l'aïllament entre girs del motor suporti més. prova severa. A més, la tensió d'impuls de tall rectangular generada pels convertidors de freqüència PWM superposada a la tensió de funcionament del motor suposa una amenaça per a l'aïllament del terra del motor, i l'aïllament del terra accelerarà l'envelliment sota impactes repetits d'alta tensió.

3. Soroll electromagnètic harmònic i vibració
Quan un motor asíncron normal està alimentat per un convertidor de freqüència, farà que la vibració i el soroll causats per factors electromagnètics, mecànics, de ventilació i altres siguin més complexos. Els diversos harmònics de temps continguts a la font d'alimentació de freqüència variable interfereixen amb els harmònics espacials inherents de la part electromagnètica del motor, formant diverses forces d'excitació electromagnètica. Quan la freqüència de les ones de força electromagnètica és consistent o propera a la freqüència de vibració natural del cos del motor, es produirà un fenomen de ressonància, augmentant així el soroll. A causa de l'ampli rang de freqüències de funcionament i el gran rang de variació de velocitat dels motors elèctrics, és difícil que les freqüències de diverses ones electromagnètiques evitin les freqüències naturals de vibració de diversos components del motor.

4. L'adaptabilitat dels motors elèctrics a l'arrencada i frenada freqüents
A causa de l'ús d'un convertidor de freqüència per a l'alimentació, el motor pot arrencar a una freqüència i tensió molt baixes sense corrent d'impuls, i es poden utilitzar diversos mètodes de frenada proporcionats pel convertidor de freqüència per a una frenada ràpida, creant condicions per a l'arrencada i el frenat freqüents. . Per tant, els sistemes mecànics i electromagnètics del motor estan sotmesos a forces alternes cícliques, la qual cosa comporta fatiga i problemes d'envelliment accelerat a les estructures mecàniques i d'aïllament.

5. Problemes de refrigeració a baixes velocitats
En primer lloc, la impedància dels motors asíncrons no és ideal i, quan la freqüència d'alimentació és baixa, les pèrdues causades pels harmònics d'ordre superior a la font d'alimentació són més grans. En segon lloc, quan la velocitat d'un motor asíncron normal torna a disminuir, el volum d'aire de refrigeració disminueix proporcionalment a la potència cúbica de la velocitat, donant lloc a un deteriorament de la condició de refrigeració a baixa velocitat del motor, un fort augment de la temperatura i dificultat per aconseguir una sortida de parell constant.

2, Les característiques dels motors de freqüència variable

1. Disseny electromagnètic
Per als motors asíncrons ordinaris, els principals paràmetres de rendiment considerats en el disseny són la capacitat de sobrecàrrega, el rendiment d'arrencada, l'eficiència i el factor de potència. Pel que fa als motors de freqüència variable, com que la taxa de lliscament crític és inversament proporcional a la freqüència de potència, es poden engegar directament quan la taxa de lliscament crític és propera a 1. Per tant, la capacitat de sobrecàrrega i el rendiment d'arrencada ja no s'han de considerar massa. El problema clau a resoldre és com millorar l'adaptabilitat del motor a fonts d'alimentació no sinusoïdals. L'enfocament general és el següent: 1) Minimitzar la resistència de l'estator i el rotor tant com sigui possible.
La reducció de la resistència de l'estator pot reduir la pèrdua fonamental de coure per compensar l'augment de la pèrdua de coure causada pels harmònics de gran ordre.
2) Per suprimir els harmònics de gran ordre en el corrent, cal augmentar adequadament la inductància del motor. Però la ranura del rotor té una impedància de fuita més gran i el seu efecte de pell també és gran, i també augmenta la pèrdua de coure dels harmònics d'ordre alt. Per tant, la magnitud de la reactància de fuites del motor hauria de tenir en compte la racionalitat de la concordança d'impedància a tot el rang de velocitat.
3) El circuit magnètic principal d'un motor de freqüència variable està dissenyat generalment per estar en un estat insaturat. Un és considerar que els harmònics més alts aprofundiran la saturació del circuit magnètic, i l'altre és considerar augmentar la tensió de sortida del convertidor de freqüència de manera adequada per augmentar el parell de sortida a freqüències baixes.
2. Disseny estructural
Quan es dissenya l'estructura, la consideració principal també és l'impacte de les característiques de la font d'alimentació no sinusoïdal en l'estructura d'aïllament, la vibració, el mètode de refrigeració per soroll i altres aspectes del motor de freqüència variable. En general, cal tenir en compte les qüestions següents:
1) El nivell d'aïllament és generalment de nivell F o superior, i s'ha de reforçar la força de l'aïllament del terra i de l'aïllament del cable, especialment tenint en compte la capacitat de l'aïllament de suportar la tensió d'impuls.
2) Per als problemes de vibració i soroll del motor, s'ha de tenir plenament en compte la rigidesa dels components del motor i l'estructura general, i s'han de fer esforços per augmentar la seva freqüència natural per evitar la ressonància amb diverses ones de força.
3) Mètode de refrigeració: generalment, s'utilitza refrigeració per ventilació forçada, és a dir, el ventilador de refrigeració del motor principal és accionat per un motor independent.
4) Per evitar el corrent de l'eix, s'han d'adoptar mesures d'aïllament dels coixinets per als motors amb una capacitat superior a 160 kW. Principalment, és propens a l'asimetria del circuit magnètic i també genera corrent d'eix. Quan els corrents generats per altres components d'alta freqüència es combinen, el corrent de l'eix augmentarà significativament, provocant danys als coixinets. Per tant, generalment s'han de prendre mesures d'aïllament.
5) Per als motors de freqüència variable de potència constant, quan la velocitat supera els 3000/min, s'ha d'utilitzar un greix lubricant especial resistent a altes temperatures per compensar l'augment de temperatura dels coixinets.

Motor síncron:
1, Característiques:
1. El factor de potència és avançat, generalment classificat en 0,9, cosa que és beneficiós per millorar el factor de potència de la xarxa elèctrica i augmentar-ne la capacitat.
2. L'estabilitat de funcionament és alta. Quan la tensió de la xarxa cau sobtadament al 80% del valor nominal, el sistema d'excitació generalment pot ajustar i implementar l'excitació forçada automàticament per garantir el funcionament estable del motor.
3. La capacitat de sobrecàrrega és superior a la del motor asíncron corresponent.
4. Alta eficiència operativa, especialment per a motors asíncrons de baixa velocitat.

2, mètode d'arrencada
1. Mètode d'arrencada asíncron, a la majoria de motors síncrons, s'instal·la al rotor un bobinatge d'arrencada similar al bobinat de gàbia dels motors asíncrons. El circuit de reexcitació es connecta en sèrie amb una resistència addicional d'unes 10 vegades el valor de resistència del bobinatge d'excitació per formar un circuit tancat. L'estator del motor síncron està connectat directament a la xarxa elèctrica i es posa en marxa com un motor asíncron. Quan la velocitat arriba a la velocitat subsíncrona (95%), la resistència addicional es talla.
2. L'arrencada de freqüència variable, començant amb un convertidor de freqüència, no es repetirà.

3, Aplicació
Aquells que han treballat com a tècnics d'estalvi d'energia als camps petroliers saben que, a causa de l'elevat parell d'arrencada requerit per al motor de la unitat de bombament d'oli, els enginyers solen dissenyar el motor perquè sigui molt gran, cosa que condueix al fenomen del "cavall gran que tira de cotxe petit". ". Per exemple, després d'ajustar el bloc d'equilibri d'un motor d'unitat de bombeig d'oli de 55 kW, la seva potència activa real sol ser d'uns deu quilowatts, de vegades fins i tot petita. He fet aquesta transformació abans, canviant el motor asíncron de 55KW de la unitat de bombeig a un motor síncron de 22KW i després utilitzant un convertidor de freqüència per al control. Per descomptat, també es pot controlar automàticament en funció del volum de descàrrega o altres senyals. La taxa d'estalvi d'energia pot arribar al 40%.
Per tant, els motors asíncrons, els motors síncrons i els motors de freqüència variable tenen cadascun les seves pròpies característiques, depenent principalment de l'entorn operatiu que controleu. Per descomptat, segons el cost d'enginyeria, els motors asíncrons s'han d'utilitzar tant com sigui possible.