電動(dòng)機的調速與控制，是工農業(yè)各類(lèi)機械及辦公、民生電器設備的基礎技術(shù)之一。隨著(zhù)電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的驚人發(fā)展，采用“變頻感應電動(dòng)機+變頻器”的交流調速方式，正在以其的性能和經(jīng)濟性，在調速領(lǐng)域，引導了一場(chǎng)取代傳統調速方式的更新?lián)Q代的變革。它給各行各業(yè)帶來(lái)的福音在于：使機械自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率大為提高、節約能源、提高產(chǎn)品合格率及產(chǎn)品質(zhì)量、電源系統容量相應提高、設備小型化、增加舒適性，目前正以很快的速度取代傳統的機械調速和直流調速方案。

由于變頻電源的性，以及系統對高速或低速運轉、轉速動(dòng)態(tài)響應等需求，對作為動(dòng)力主體的電動(dòng)機，提出了苛刻的要求，給電動(dòng)機帶來(lái)了在電磁、結構、絕緣各方面新的課題。

變頻調速目前已經(jīng)成為主流的調速方案，可廣泛應用于各行各業(yè)無(wú)級變速傳動(dòng)。

特別是隨著(zhù)變頻器在工業(yè)控制領(lǐng)域內日益廣泛的應用，變頻電機的使用也日益廣泛起來(lái)，可以這樣說(shuō)由于變頻電機在變頻控制方面較普通電機的優(yōu)越性，凡是用到變頻器的地方我們都不難看到變頻電機的身影。

普通電機與變頻電機的差異

一、普通異步電動(dòng)機都是按恒頻恒壓設計的，不可能適應變頻調速的要求

以下為變頻器對電機的影響：

1 電動(dòng)機的效率和溫升的問(wèn)題

不論那種形式的變頻器，在運行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電動(dòng)機在非正弦電壓、電流下運行。據資料介紹，以目前普遍使用的正弦波PWM型變頻器為例，其低次諧波基本為零，剩下的比載波頻率大一倍左右的高次諧波分量為：2u+1（u為調制比）。

高次諧波會(huì )引起電動(dòng)機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，為顯著(zhù)的是轉子銅（鋁）耗。因為異步電動(dòng)機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后，便會(huì )產(chǎn)生很大的轉子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗都會(huì )使電動(dòng)機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小，如將普通三相異步電動(dòng)機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般要增加10%--20%。

2 電動(dòng)機絕緣強度問(wèn)題

目前中小型變頻器，不少是采用PWM的控制方式。他的載波頻率約為幾千到十幾千赫，這就使得電動(dòng)機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當于對電動(dòng)機施加陡度很大的沖擊電壓，使電動(dòng)機的匝間絕緣承受較為嚴酷的考驗。另外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動(dòng)機運行電壓上，會(huì )對電動(dòng)機對地絕緣構成威脅，對地絕緣在高壓的反復沖擊下會(huì )加速老化。

3 諧波電磁噪聲與震動(dòng)

普通異步電動(dòng)機采用變頻器供電時(shí)，會(huì )使由電磁、機械、通風(fēng)等因素所引起的震動(dòng)和噪聲變的更加復雜。變頻電源中含有的各次時(shí)間諧波與電動(dòng)機電磁部分的固有空間諧波相互干涉，形成各種電磁激振力。當電磁力波的頻率和電動(dòng)機機體的固有振動(dòng)頻率一致或接近時(shí)，將產(chǎn)生共振現象，從而加大噪聲。由于電動(dòng)機工作頻率范圍寬，轉速變化范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開(kāi)電動(dòng)機的各構件的固有震動(dòng)頻率。

4 電動(dòng)機對頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的適應能力

由于采用變頻器供電后，電動(dòng)機可以在很低的頻率和電壓下以無(wú)沖擊電流的方式啟動(dòng)，并可利用變頻器所供的各種制動(dòng)方式進(jìn)行快速制動(dòng)，為實(shí)現頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)創(chuàng )造了條件，因而電動(dòng)機的機械系統和電磁系統處于循環(huán)交變力的作用下，給機械結構和絕緣結構帶來(lái)疲勞和加速老化問(wèn)題。

5 低轉速時(shí)的冷卻問(wèn)題

首先，異步電動(dòng)機的阻抗不盡理想，當電源頻率較低時(shí)，電源中高次諧波所引起的損耗較大。其次，普通異步電動(dòng)機再轉速降低時(shí)，冷卻風(fēng)量與轉速的三次方成比例減小，致使電動(dòng)機的低速冷卻狀況變壞，溫升急劇增加，難以實(shí)現恒轉矩輸出。

二、變頻電動(dòng)機的特點(diǎn)

1 電磁設計

對普通異步電動(dòng)機來(lái)說(shuō)，在設計時(shí)主要考慮的性能參數是過(guò)載能力、啟動(dòng)性能、效率和功率因數。而變頻電動(dòng)機，由于臨界轉差率反比于電源頻率，可以在臨界轉差率接近1時(shí)直接啟動(dòng)，因此，過(guò)載能力和啟動(dòng)性能不在需要過(guò)多考慮，而要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是如何電動(dòng)機對非正弦波電源的適應能力。方式一般如下：

1） 盡可能的減小定子和轉子電阻。減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增

2）為抑制電流中的高次諧波，需適當增加電動(dòng)機的電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效應也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動(dòng)機漏抗的大小要兼顧到整個(gè)調速范圍內阻抗匹配的合理性。

3）變頻電動(dòng)機的主磁路一般設計成不飽和狀態(tài)，一是考慮高次諧波會(huì )加深磁路飽和，二是考慮在低頻時(shí)，為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。

2 結構設計

在結構設計時(shí)，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動(dòng)、噪聲冷卻方式等方面的影響，一般注意以下問(wèn)題：

1）絕緣等級，一般為F級或更高，加強對地絕緣和線(xiàn)匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐沖擊電壓的能力。

2）對電機的振動(dòng)、噪聲問(wèn)題，要充分考慮電動(dòng)機構件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開(kāi)與各次力波產(chǎn)生共振現象。

3）冷卻方式：一般采用強迫通風(fēng)冷卻，即主電機散熱風(fēng)扇采用獨立的電機驅動(dòng)。

4）防止軸電流措施，對容量超過(guò)160KW電動(dòng)機應采用軸承絕緣措施。主要是易產(chǎn)生磁路不對稱(chēng)，也會(huì )產(chǎn)生軸電流，當其他高頻分量所產(chǎn)生的電流結合一起作用時(shí)，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要采取絕緣措施。

5）對恒功率變頻電動(dòng)機，當轉速超過(guò)3000/min時(shí)，應采用耐高溫的潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。

同步電動(dòng)機

1 特點(diǎn)

1） 功率因數超前，一般額定功率因數為0.9，有利于電網(wǎng)的功率因數，增加電網(wǎng)容量。

2） 運行穩定性高，當電網(wǎng)電壓突然下降到額定值的80%時(shí)，其勵磁系統一般能自動(dòng)調節實(shí)行強行勵磁，保證電動(dòng)機的運行穩定。

3）過(guò)載能力比相應的異步電動(dòng)機大。

4）運行效率高，尤其是低速異步電動(dòng)機。

2 啟動(dòng)方式

1） 異步啟動(dòng)法，同步電動(dòng)機多數在轉子上裝有類(lèi)似與異步電機籠式繞組的啟動(dòng)繞組。在勵磁回路串接約為勵磁繞組電阻值10倍的附加電阻來(lái)構成閉合電路，把同步電動(dòng)機的定子直接接入電網(wǎng)，使之按異步電動(dòng)機啟動(dòng)，當轉速達到亞同步轉速（95%）時(shí)，再切除附加電阻。

2） 變頻啟動(dòng)，用變頻器啟動(dòng)，不在贅述。

3 應用

做過(guò)油田節電的師傅都知道，油田的抽油機電機，由于要求的啟動(dòng)轉矩大，工程師設計時(shí)一般將電機設計的很大，這就出現“大馬拉小車(chē)”現象，如：55KW的抽油機電機，在平衡塊基本調好后，其實(shí)際有功一般在十幾個(gè)KW，有時(shí)還小。我曾做過(guò)這樣的改造，將抽油機55KW異步電動(dòng)機改為22KW同步電機，后用變頻器控制，當然也可以根據排液量或別的信號進(jìn)行自動(dòng)控制。節電率可達40%。

因此，異步電動(dòng)機，同步電動(dòng)機，變頻電動(dòng)機三者各有特點(diǎn)，主要看您所控制的工況環(huán)境，當然還要根據工程成本，能用異步電機盡量用異步電動(dòng)機。

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