Как устранить влияние частотного преобразователя на двигатель

Thread Content

1. Проблемы эффективности и нагрева электродвигателя. Независимо от типа преобразователя частоты, в процессе его работы возникают гармонические напряжения и токи различной интенсивности, в результате чего электродвигатель работает под действием несинусоидальных напряжений и токов. Согласно предоставленной информации, возьмем, к примеру, широко используемый в настоящее время преобразователь частоты с ШИМ на основе синусоидальной волны: низочастотные гармоники в нем практически отсутствуют. Оставшиеся высокочастотные гармонические компоненты имеют частоту, примерно в два раза большую, чем частота несущей волны; их обозначение — 2u+1 (где u — коэффициент модуляции). 　　Высшие гармоники приводят к увеличению медных потерь в статоре электродвигателя, медных (алюминиевых) потерь в роторе, железных потерь и дополнительных потерь; наиболее значительным является увеличение медных (алюминиевых) потерь в роторе. Поскольку асинхронный двигатель вращается с частотой, близкой к синхронной частоте, соответствующей основной гармонике, то при прохождении высших гармонических напряжений через роторные стержни с большим скольжением возникают значительные потери в роторе. Кроме того, необходимо учитывать дополнительные потери меди, возникающие из-за эффекта кожуры. Все эти потери приводят к дополнительному нагреву электродвигателя, снижению его КПД и уменьшению выходной мощности. Например, если обычный трехфазный асинхронный двигатель работает в условиях несинусоидального напряжения, вырабатываемого частотным преобразователем, его температурный подъем, как правило, увеличивается на 10–20%. 　　2. Проблема изоляционной прочности электродвигателей. В настоящее время во многих средне- и маломощных частотных преобразователях используется метод управления по принципу ШИМ. Частота его несущей волны составляет несколько тысяч–десятки тысяч герц. Это приводит к тому, что обмотка статора электродвигателя подвергается воздействию очень высокой скорости нарастания напряжения. По сути, на электродвигатель действует импульсное напряжение с большой крутизной фронта, в результате чего изоляция между витками обмотки испытывает значительные нагрузки. Кроме того, прямоугольное импульсное напряжение, возникающее в результате работы ШИМ-преобразователя, накладываясь на рабочее напряжение двигателя, создает угрозу для его изоляции от земли; под воздействием многократных высоковольтных импульсов изоляция быстрее изнашивается. 　　3. Гармонические электромагнитные шумы и вибрации При питании обычных асинхронных двигателей от частотного преобразователя вибрации и шумы, вызванные электромагнитными, механическими, вентиляционными и другими факторами, становятся более сложными. Различные временные гармоники, присутствующие в источнике переменного тока, взаимодействуют с собственными пространственными гармониками электромагнитной части двигателя, что приводит к возникновению различных электромагнитных возмущений. Когда частота электромагнитных волн совпадает или близка к собственной частоте колебаний корпуса электродвигателя, возникает явление резонанса, в результате чего увеличивается уровень шума. Ввиду широкого диапазона рабочих частот электродвигателя и большого диапазона изменения скорости вращения, частоты различных электромагнитных волн с трудом удается избежать совпадения с собственными частотами колебаний его компонентов. 　　4. Способность электродвигателя к частым пускам и торможениям
После подключения электродвигателя к преобразователю частоты он может запускаться при очень низкой частоте и напряжении без возникновения пиковых токов. Кроме того, с помощью различных режимов торможения, предусмотренных преобразователем, можно обеспечить быстрое торможение. Это создает условия для частых пусков и торможений. В результате механическая и электромагнитная системы электродвигателя подвергаются циклическим переменным нагрузкам, что приводит к усталости материалов и ускоренному износу как механических, так и изоляционных элементов. 　　5. Проблема охлаждения при низких скоростях вращения
Во-первых, импеданс асинхронного двигателя не является идеальным; при низкой частоте питающего напряжения потери, вызванные высшими гармониками в питающем токе, оказываются значительными. Во-вторых, при снижении скорости вращения у обычных асинхронных двигателей объем охлаждающего воздуха уменьшается пропорционально кубу скорости. В результате ухудшаются условия охлаждения двигателя на низких скоростях, резко возрастает температура, и обеспечить выходной момент, не зависящий от скорости, становится сложно.