变频电机与普通电机的区别

变频电机与普通电机的区别

李炳坤,陈浩然,苏冠齐,王希杰

东北轻合金有限责任公司 黑龙江省 哈尔滨市 150060

摘要：本文主要阐述了变频电机和普通电机从结构和设计上的区别，并对变频电动机的特点进行分析。以供相关人员学习参考。

关键词：变频；变频电机；普通电机

一、如何区分普通电机和变频电机

1.普通电机和变频电机结构上的区别

（1）绝缘等级要求更高 一般变频电机的绝缘等级为 F 级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。

（2）变频电机的振动、噪声要求更高 变频电机要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。

（3）变频电机冷却方式不同 变频电机一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。(4)保护措施要求不同 对容量超过 160KW 变频电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏， 所以一般要采取绝缘措施。对恒功率变频电动机，当转速超过 3000/min 时，应采用耐高温的特殊润滑脂， 以补偿轴承的温度升高。

（4）散热系统不同 变频电机散热风扇采用独立电源供电，保证持续的散热能力。

2.普通电机和变频电机设计上的区别

（1）电磁设计 对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近 1 时直接启动，因此， 过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。

（2）结构设计 在结构设计时，主要也是要考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响。

二、普通电动机不能多做变频电机使用。

1、变频器对电机的影响主要在电动机的效率和温升

变频器在运行中能产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行，里面的高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜耗、铁耗及附加损耗增加，最为显著的是转子铜耗，这些损耗会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，普通电动机温升一般要增加10%－20%。        

2、电动机的绝缘强度问题

变频器载波频率从几千到十几千赫，使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严重的考验。

3、谐波电磁噪声与震动

普通电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次谐波与电动机电磁部分固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力，从而加大噪声。由于电动机的工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各结构件的固有振动频率。

4、低转速时的冷却问题

当电源频率较低时，电源中的高次谐波所引起的损耗较大；其次变通电机转速降低时，冷却风量与转速的三次方成正比减小，致使电机热量散发不出去，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。

5、针对以上情况，变频电机采用以下设计

尽可能减小定子和转子电阻，降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增加。

主磁场不饱和设计，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时为了提高输出转矩可适当提高变频器的输出电压。结构设计，主要是绝缘等级提高；对电动机的振动、噪声问题充分考虑；冷却方式采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动方式，强冷风扇的作用就是为了保证电机在低转速下的冷却。变频电机的线圈分布电容小一点，矽钢片的电阻大些，这样高频脉冲对电机的影响就小了，电机的电感滤波效果要好些。

普通电机即工频电机只需要考虑启动过程和工频一个点的工作情况，然后设计电机；而变频电机需要考虑启动过程和变频范围内的所有点工作情况，然后设计电机。
 

为了适应变频器输出的PWM调宽波模拟正弦交流电含有大量谐波，专门制作的变频电机，其作用实际上可理解为电抗器加普通电机。

三、变频电动机的特点
　　1、电磁设计
　　对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不在需要过多考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力。方式一般如下：
　　1） 尽可能的减小定子和转子电阻。
　　减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增
　　2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
　　3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

　　2、结构设计
　　再结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题：
　　1）绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。
　　2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。
　　3）冷却方式：一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。
　　4）防止轴电流措施，对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。
　　5）对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。
同步电动机：
    3、 特点：
　  1）功率因数超前，一般额定功率因数为0.9，有利于改善电网的功率因数，增加电网容量。
　　2） 运行稳定性高，当电网电压突然下降到额定值的80%时，其励磁系统一般能自动调节实行强行励磁，保证电动机的运行稳定。
　  3）过载能力比相应的异步电动机大。
　　4） 运行效率高，尤其是低速异步电动机。
    4. 启动方式
　　1） 异步启动法，，同步电动机多数在转子上装有类似与异步电机笼式绕组的启动绕组。再励磁回路串接约为励磁绕组电阻值10倍的附加电阻来构成闭合电路，把同步电动机的定子直接接入电网，使之按异步电动机启动，当转速达到亚同步转速（95%）时，再切除附加电阻。
　  2）变频启动，用变频器启动，不在赘述。
    5.应用
　　作过油田节电的师傅都知道，油田的抽油机电机，由于要求的启动转矩大，工程师设计时一般将电机设计的很大，这就出现“大马拉小车”现象，如：55KW的抽油机电机，再平衡块基本调好后，其实际有功一般在十几个KW，有时还小。　　
　　因此，异步电动机，同步电动机，变频电动机三者各有特点，主要看您所控制的工况环境。