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变频电机是指在标准环境条件下,以100%额定负载在10%~100%额定速度范围内连续运行,温升不会超过该电机标定容许值的电机。

变频调速电机简称变频电机,是变频器驱动的电动机的统称,优点是具备有启动功能;采用电磁设计,减少了定子和转子的阻值;适应不同工况条件下的频繁变速;在一定程度上节能。
目前已经成为主流的调速方案,可广泛应用于各行各业无级变速传动。

变频电机基本介绍

变频调速电机基本介绍

变频电机简介

随着电力电子技术及新型半导体器件的迅速发展 ,交流调速技术得到不断的完善和提高 ,逐步完善的变频器以其良好的输出波形、优异的性能价格比在交流电机上得到广泛应用。 例如: 钢厂用于轧钢的大型电动机和中、小型辊道电动机、铁路及城市轨道交通用牵引电机、电梯电机、集装箱起吊设备用起重电机、水泵和风机用电机、压缩机、家用电器用电机等都相继使用交流变频调速电机 ,并取得了良好效果 。采用交流变频调速电机比直流调速电机具有显著的优点:
( 1)调速容易 ,而且节能。
( 2)交流电机结构简单、体积小、惯量小、造价低、维修容易、耐用。
( 3)可以扩大容量 ,实现高转速和高电压运行。
( 4)可以实现软启动和快速制动。
( 5)无火花、防爆、环境适应能力强。
近年来 ,国际上变频调速传动装置以每年 13 %~ 16% 的增长率发展 ,并有逐步取代大部分直流调速传动装置的趋势。 由于以恒频、恒压电源进行工作的普通异步电机应用于变频调速系统时 ,存在着很大的局限性 ,国外发展了根据使用场合和使用要求而设计的专用的变频交流电动机。例如 ,有低噪音、低振动用的电机 ,有提高低速转矩特性的电机 ,有高速电机 ,有带测速发电机的电机以及矢量控制电机等 。

变频电机构造原理

异步电动机的转速当转差率变化不大时,转速正比于频率,可见改变电源频率就能改变异步电动机的转速。在变频调速时,总希望主磁通保持不变。若主磁通大于正常运行时的磁通,则磁路过饱和而使励磁电流增大,功率因数降低;若主磁通小于正常运行时的磁通,则电机转矩下降。

变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。21世纪初期,使用的变频器主要采用交—直—交方式(VVVF变频或矢量控制变频),先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器,逆变部分为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。

变频电机主要特点

变频专用电动机具有如下特点:B级温升设计,F级绝缘制造。采用高分子绝缘材料及真空压力浸漆制造工艺以及采用特殊的绝缘结构,使电气绕组采用绝缘耐压及机械强度有很大提高,足以胜任马达之高速运转及抵抗变频器高频电流冲击以及电压对绝缘之破坏。
平衡质量高,震动等级为R级(降振级)机械零部件加工精度高,并采用专用高精度轴承,可以高速运转。
强制通风散热系统,全部采用进口轴流风机超静音、高寿命,强劲风力。保障马达在任何转速下,得到有效散热,可实现高速或低速长期运行。
经AMCAD软件设计的YP系列电机,与传统变频电机相比较,具备更宽广的调速范围和更高的设计质量,经特殊的磁场设计,进一步抑制高次谐波磁。月憧砥、节能和低噪音的设计指标。具有宽范围恒转矩与功率调速特性,调速平稳,无转矩脉动。
与各类变频器均具有良好的参数匹配,配合矢量控制,可实现零转速全转矩、低频大力矩与高精度转速控制、位置控制及快速动态响应控制。YP系列变频专用电机可配制刹车器,编码器供货,这样即可获得精准停车,和通过转速闭环控制实现高精度速度控制。
采用“减速机+变频专用电机+编码器+变频器”实现超低速无级调速的精准控制。YP系列变频专用电机通用性好,其安装尺寸符合IEC标准,与一般标准型电机具备可互换性。

技术特点

B级温升设计,F级绝缘制造。采用高分子绝缘材料及真空压力浸漆制造工艺以及采用特殊的绝缘结构,使电气绕组采用绝缘耐压及机械强度有很大提高,足以胜任马达之高速运转及抵抗变频器高频电流冲击以及电压对绝缘之破坏。平衡质量高,震动等级为R级(降振级)机械零部件加工精度高,并采用专用高精度进口轴承,可以高速运转。强制通风散热系统,全部采用进口轴流风机超静音、高寿命,强劲风力。保障马达在任何转速下,得到有效散热,可实现高速或低速长期运行。经AMCAD软件设计的YP系列电机,与传统变频电机相比较,具备更宽广的调速范围和更高的设计质量,经特殊的磁场设计,进一步抑制高次谐波磁。月憧砥、节能和低噪音的设计指标。具有宽范围恒转矩与功率调速特性,调速平稳,无转矩脉动。与各类变频器均具有良好的参数匹配,配合矢量控制,可实现零转速全转矩、低频大力矩与高精度转速控制、位置控制及快速动态响应控制。YP系列变频专用电机可配制刹车器,编码器供货,这样即可获得精准停车,和通过转速闭环控制实现高精度速度控制。采用“微电机+变频专用电机+编码器+变频器”实现超低速无级调速的精准控制。YP系列变频专用电机通用性好,其安装尺寸符合IEC标准,与一般标准型电机具备可互换性。
效率高
达到欧洲CEMEP-EU效率等级电机标准二级值,符合中华人民共和国国家标准GB18613-2002中小型三相异步电动机能效限定值。
双频宽电压
电压范围220V~690V,适用50Hz和60Hz电源。
噪声低
通过优化电磁设计、通风状况、结构尺寸等技术,M2JA系列电动机的噪声较低。
轴承负载能力高
电动机选用深沟球轴承,寿命长,80-132中心高电动机为永久型润滑,160-355设有加油装置。
可靠性好
电动机为全封闭风冷结构,防护等级IP55,材料及工艺符合环境要求。电动机机械强度高,坚固耐用,防锈防腐性强。绕组可靠性好,采用F级绝缘结构,B级考核。并可根据用户需要增加PTC热敏电阻或热敏开关。
  本系列电机功率从0.25KW-315KW,机座中心高从71mm-355mm。可广泛应用于轻工,纺织,化工,冶金,机床等需要调速转动装置的行业中,是一种理想的调速动力源。

变频电机应用

变频调速电机已经成为主流的调速方案,可广泛应用于各行各业无级变速传动。
特别是随着变频器在工业控制领域内日益广泛的应用,变频电机的使用也日益广泛起来,可以这样说由于变频电机在变频控制方面较普通电机的优越性,凡是用到变频器的地方我们都不难看到变频电机的身影。
国产化高压变频装置的社会效益显著,主要有节能,从而节约资源,减少环境污染。消除电动机的启动冲击以及对电网的冲击,降低电动机和设备故障率。提高控制精度和自动化程度。变频调速的经济效益也非常显著,对于泵和风机,流体流量与转速一次方成正比,转矩与转速的二次方成正比,而功率与转速的三次方成正比,转速降低,电机功耗以三次方下降,因此变频调速的节电效果非常显著。如果流量由降到,则转速降到,则转速降到,压头降到,而电机的功耗降到,理论上节能。如果原本采用风门、阀门调节,流量降低、压头增加,电机功率减少,这样,变频调速比风门、阀门类调节节能。除了节能增效外,对于不同的负载,还有一些间接的经济效益,主要有功率因数得以提高实现软启动减小启动力矩对电机的电气机械损伤控制平滑、稳定、精度高。

21世纪,变频调速已经成为主流的调速方案,可广泛应用于各行各业无级变速传动。
特别是随着变频器在工业控制领域内日益广泛的应用,变频电机的使用也日益广泛起来,可以这样说由于变频电机在变频控制方面较普通电机的优越性,凡是用到变频器的地方我们都不难看到变频电机的身影。

变频电机与普通电机的区别

变频电机与普通电机的区别在于变频电机可在其调速范围内可任意调速,而电机不会损坏,一般国产的普通电机大部分只能在AC380V/50HZ的条件下运行,普通电机能降频或升频使用,但范围不能太大,否则电机会发热甚至烧坏。
普通风机内散热风扇跟风机机芯用同一条线,而变频风机中这两个是分开的。所以普通风机变频过低时,可能会因过热而烧掉。
变频电机由于要承受高频磁。跃档燃兑绕胀ǖ缁,原则上普通电机是不能用变频器来驱动的,但在实际中为了节约资金,在很多需要调速的场合都用普通电机代替变频电机,但普通电机的调速精度不高,在风机、水泵的节能改造中经常这样做。在用普通电机代替变频电机时变频器的载波频率尽量低一点,以减少高频对电机的绝缘损坏。
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。 
3、另外还有
1)从工频的角度看,变频电机是劣质电机,普通电机才是好电机;
2)由于变频器输出的PWM调宽波模拟正弦交流电,含有大量谐波,一般需要经过电抗器滤波后才能进入普通电机,否则普通电机会发热;
3)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;
4)那就是说,同功率的变频电机比普通电机铁心截面要大,线圈匝数要多,线径要大,绝缘要高,专门的冷却风扇电机;
5)为了适应弱磁调速的需要,考虑了轴承的承受能力及高速转子动平衡;
6)这种变频电机不具备更好的转矩特性,只是克服了普通电机不适应PWM调宽波模拟正弦交流电的需要;
7)如果变频电机不具备上述特点和要求,那就是假的变频电机。

变频电机和普通电机的区别还在于:

      1,电机的效率和温升在变频驱动下,变频电机效率会高10%左右,而温升会小20%左右,尤其是在矢量控制或者直接转矩控制的低频区域。

  2,变频电机对于需要频繁启动、频繁调速、频繁制动的场合,要优于普通电动机。

  3,在电磁噪声和振动方面,变频电机在变频驱动时较普通电动机有更低的噪音和更小的电磁振动。

  4,电动机的绝缘强度问题。由于变频电机专为变频器驱动设计,所以能承受较大的du/dt,所以变频电动机的绝缘强度要高。尤其是在DTC控制模式下,对电动机的绝缘强度是个很大的考验。

  5,最主要的区别,还是变频电动机有额外的散热(采用独立的轴流风机强迫通风),在低频、直流制动和一些特殊应用场合下的散热要大大的优于普通的交流异步电动机。

变频调速电机优点


1、具备有启动功能
2、采用电磁设计,减少了定子和转子的阻值
3、适应不同工况条件下的频繁变速
4、在一定程度上节能
变频电机和普通电机的区别普通电机是根据市电的频率和相应的功率设计的,只有在额定的情况下才能稳定运行。变频电机就不同了,变频电机要克服低频时的过热与振动,所以变频电机在设计上要比普通电机性能要好一点。


由于采用变频器供电后,电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动,并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动,为实现频繁启动和制动创造了条件,因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下,给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。

  调频技术对电机的要求主要是三个方面:

  第一,绝缘等级;

  第二,强制冷却;

  第三,转子轴承。

  如果超过基频向上调速,还要考虑电机结构的机械强度。

  大家都知道一般国产的普通电机大部分只能在AC380V/50HZ的条件下运行,普通电机能降频或升频使用,但范围不能太大,否则电机会发热甚至烧坏。

  而变频电机可在其调速范围内可任意调速,电机不会损坏。一般情况下,变频电机以100%额定负载在10%~100%额定速度范围内连续运行,温升不会超过该电机标定容许值。

  变频电机的出现主要解决普通电机在低速和高速运行的一些问题,普通电机在低速运行是电机的散热问题和高速时电机轴承的强度问题。

  普通电机的散热大多是空气自冷式,电机的散热靠电机端部的两片叶轮的搅动。当电机的转速较低的时候,电机的散热就成了问题。

  相对于普通电机,变频电机价格不会贵很多,但是优势很明显。变频电机采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式,使机械自动化程度和生产效率大为提高设备小型化、增加舒适性。

  1、具备有软启动功能

  2、采用电磁设计,减少了定子和转子的阻值

  3、适应不同工况条件下的频繁变速

  4、在一定程度上节能

变频电机技术参数

变频电机技术参数

变频电机特殊设计

电磁设计
对普通异步电动机来说,在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(variable-frequency Motor),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。
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。
结构设计
在结构设计时,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3000r/min时,应采用耐高温的特殊润滑脂,以补偿轴承的温度升高。

变频电机选型

二次转矩负载,在转速降低时,转矩也降低,发热量也降低,适合选用普通的电机用于变频,但时间已不在低于40%同步速的情况下使用。其他的负载,在60%同步速及以上运行时,选用普通的电机。在25%—60%同步速运行时,选用外部强制冷却笼性电动机,即变频专用电机。当转速低于25%同步速时,选用完全强制冷却电动机。即矢量专用电动机。

  不同的变频控制方式控制的速度的速度是不一样的,采用U/F控制方式控制速度的范围是150—1470m/min;采用无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制,控制速度的范围是60—1500m/min;采用速度传感器的矢量控制和直接转矩控制,控制速度的范围是5—1500m/min,在5m/min时运行的稳定性不太好。

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