定頻電機做變頻電機使用的缺點和危害

張曉明

【摘 要】本文簡單介紹了定頻電機和變頻電機的設(shè)計特點，并根據(jù)兩種電機的特點的分析了定頻電機做變頻電機使用的缺點和危害。

【關(guān)鍵詞】定頻電機；變頻電機；絕緣系統(tǒng)；性能

隨著電力電子技術(shù)、工業(yè)自動化的發(fā)展，人們對變頻節(jié)能意識的提高，變頻電機日益廣的使用在空壓機，風(fēng)機水泵，礦業(yè)，紡織等各個行業(yè)。但在現(xiàn)實生活中，為了節(jié)約資金，經(jīng)常出現(xiàn)用定頻電機代替變頻電機使用的情況。本文簡單介紹了定頻電機和變頻電機的設(shè)計特點，并根據(jù)兩種電機的特點分析了定頻電機做變頻電機使用的缺點和危害。

1 定頻電機的設(shè)計特點

1）以市場固定的電壓和頻率為基礎(chǔ)，一般為380V，50Hz，考慮電壓波動±10%，頻率波動±2%。

2）定子采用標準的電磁線和絕緣系統(tǒng)，一般有B級，F(xiàn)級和H級之分。

3）散熱采用自冷風(fēng)扇，電機軸尾端安裝一個風(fēng)扇，電機運轉(zhuǎn)時風(fēng)扇隨電機軸一起轉(zhuǎn)動到達散熱目的。

4）大多電機采用角型接法，通過星-三角轉(zhuǎn)換降低相電壓啟動，以降低啟動電流。

5）為達到良好的啟動性能，轉(zhuǎn)子槽型多采用凸型槽、刀型槽或雙籠槽。

6）定頻電機一般不考慮軸電流的影響。

2 變頻電機的設(shè)計特點

1）變頻電機設(shè)計時以額定電壓和額定頻率為基礎(chǔ)兼顧變頻調(diào)速范圍，并考慮變頻器引起的電壓降低情況。

2）定子采用能承受變頻供電浪涌電壓反復(fù)沖擊的絕緣系統(tǒng)，一般采用抗電暈電磁線，并采用VPI真空浸漆工藝。

3）散熱采用獨立的冷卻風(fēng)機，有單獨電源控制。在低轉(zhuǎn)速運行時，風(fēng)量恒定；在電機高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，噪聲不增加。

4）變頻電機采用變頻器直接啟動，一般直接采用星形接法，避免角接產(chǎn)生的環(huán)流對電機性能的影響。

5）變頻電機不必考慮啟動性能，考慮集膚效應(yīng)對轉(zhuǎn)子運行電阻增加，銅耗增大的影響，一般采用上寬下窄，槽深較小的閉口轉(zhuǎn)子槽型。

6）在設(shè)計時考慮考慮軸電壓和軸電流對電機軸承的損害，制定消除軸電流的措施，比如：采用絕緣軸承、軸承室噴涂絕緣層、安裝接地電刷等。

3 定頻電機做變頻電機使用時的缺點和危害

3.1 對絕緣系統(tǒng)的危害

定頻電機的電磁線采用標準的漆包圓銅線上的雙層涂膜結(jié)構(gòu)不能長期承受變頻器浪涌電壓的反復(fù)沖擊，在高頻電壓的沖擊下漆膜易變脆破裂引起匝間、對地、甚至燒包現(xiàn)象。

3.2 變頻供電對性能影響

變頻供電時，由于高次諧波的存在，電機內(nèi)部會產(chǎn)生各種附加損耗，包括定子和轉(zhuǎn)子的附加銅損耗、定子附加鐵耗、附加雜散損耗；且在高頻下運行時，集膚效應(yīng)使轉(zhuǎn)子電阻增加導(dǎo)致轉(zhuǎn)差銅耗顯著增加，變頻供電帶來的各種損耗致使電動機溫升增大，效率降低。

3.3 低速運行時的缺點

普通異步電動機在低轉(zhuǎn)速運行時，冷卻風(fēng)量與轉(zhuǎn)速的三次方成比例減小，致使電動機的低速冷卻狀況急劇變差，溫升急劇增加，導(dǎo)致定頻電機在低轉(zhuǎn)速不能長時間恒轉(zhuǎn)矩運行，只能短時恒轉(zhuǎn)矩運轉(zhuǎn)或降低轉(zhuǎn)矩運行。定頻電機做變頻電機在低轉(zhuǎn)速使用時因磁場過飽和，激磁電流增大，引起過載能力不足。

3.4 高速運行時的缺點

定頻電機沒有考慮高速運轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)強度情況，在高速運轉(zhuǎn)時，可能出現(xiàn)因整體強度不足產(chǎn)生較大的振動，高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力易引起軸彎曲變形或轉(zhuǎn)子掃膛現(xiàn)象。定頻電機在高速運轉(zhuǎn)時，自冷風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速隨電機轉(zhuǎn)速的提高而提高，噪聲隨之飆升，并可能出現(xiàn)風(fēng)扇因強度不足而損壞的情況。

3.5 接法對電機性能的影響

定頻電機一般采用角型接法，相比變頻電機星形接法相電壓增大1.73倍，對電機的繞組絕緣不利；變頻電機采用星形接法在每相感應(yīng)電動勢中三次及三的倍數(shù)次諧波不會形成環(huán)流，而工頻電機的角型接法中產(chǎn)生三次及三的倍數(shù)次諧波形成環(huán)流，對電機繞組帶來了額外的損耗，使電機的效率下降，溫升提高。

3.6 軸電流的危害

定頻電機沒有考慮軸電流的影響，沒有制定相應(yīng)的措施，在變頻供電的高次諧波的影響下，軸電壓和軸電流會比工頻正弦供電時要大20%-50%軸電壓，且軸電壓和軸電流隨著電機頻率的增加而增大，當軸和軸承之間的軸電壓超過了允許值時，油膜或潤滑脂因軸電流通入使之遭到破壞，最終放電使軸損壞和軸承失效。

4 結(jié)論

定頻電機和變頻電機有各自的設(shè)計特點和使用場合，采用定頻電機做變頻電機使用，雖然可以調(diào)速運轉(zhuǎn)，但具有一定的缺陷和風(fēng)險。建議變頻工況時采用專用的變頻電機。

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[責(zé)任編輯：侯天宇]