專用三相異步電動機和普通三相異步電動機用于變頻調速的比較

　　摘要：普通電動機變頻調速的缺點，專用電動機變頻調速的優點、特點和應用。隨著變頻調速技術的發展，變頻調速器誕生了，但是普通的交流電機應用于變頻調速，會出現種種缺陷，交流電機的調速需要專用的變頻調速三相異步電動機。
　　關鍵詞：普通電動機；變頻調速電動機；變頻器
　　
　　一、 普通電機變頻調速時出現的問題
　　
　　1.電機的效率降低、溫度升高。變頻器在工作中會不同程度地產生諧波電壓和諧波電流，電動機會運行在非正弦。波電流和電壓下。在高次諧波引起的損耗中，轉子銅損耗顯著增加，集膚效應導致阻抗增加使銅損耗也顯著增加。因此普通電機用于變頻調速效率降低。同時由于銅損耗的增加，溫升增加10%~20%。
　　2.沖擊電壓破壞電機絕緣。目前的中小容量變頻器，大多采用PWM控制方式，使電機定子繞組承受很大的du/dt值，電機繞組的匝間絕緣承受了極大的電壓沖擊。再者PWM變頻器的矩形斬波沖擊電壓也會疊加在電機的運行電壓上，因此這些沖擊電壓會使電機的絕緣加速老化，破壞電機的絕緣。
　　3.電機低速運行時冷卻效果差。自帶風扇冷卻的電機，轉速降低時，冷卻風量以轉速的三次方成比例地減少。例如：電機調頻到40Hz，轉速降到額定值的80%左右，冷卻風量降為額定值的一半。變頻調速時諧波導致損耗增加而散熱卻困難了，必然使電機低速時溫升急劇增加，電機無法正常工作。
　　
　　二、三相異步電動機的轉動原理
　　
　　當向三項定子繞組中通過入對稱的三項交流電時，就產生了一個以同步轉速n1沿定子和轉子內圓空間作順時針方向旋轉的旋轉磁場。由于旋轉磁場以n1轉速旋轉，轉子導體開始時是靜止的，故轉子導體將切割定子旋轉磁場而產生感應電動勢（感應電動勢的方向用右手定則判定）。由于導子導體兩端被短路環短接，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用（力的方向用左手定則判定）。電磁力對轉子軸產生電磁轉矩，驅動轉子 沿著旋轉磁場方向旋轉。可以總結出電動機工作原理為：當電動機的三項定子繞組（各相差120度電角度），通入三項交流電后，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。在三相異步電動機的定子鐵FTY7B3QXbvhKm2fOBh71LbHSOu9f3AnEgA7ey6P/f8k=心中放置三組結構完全相同的繞組U1U2、V1V2、W1W2，各相繞組在空間互差120°電角度，向這三相繞組中通入對稱的三相交流電，則在定子與轉子的空氣隙中產生一個旋轉磁場。以兩極電機即2p=2為例說明，對稱的三相繞組U1U2、V1V2、W1W2假定為集中繞組，三相繞組接成星形，并通以三相對稱電流iA、iB、iC。如動畫演示所示。假定電流的瞬時值為正時是從各繞組的首端流入，末端流出。電流流入端用“×”表示，電流流出端用“﹒”表示。 wt=0時，iA=0；iB為負值，即iB由末端V2流入，首端V1流出；iC為正值，即iC由首端W1流入，末端W2流出。 電流流入端用“×”表示，電流流出端用“﹒” 表示。 可見合成磁場是一對磁極，磁場方向與縱軸線方向一致，上方是北極，下方是南極。
　　U相、V相、W相繞組的電流分別為iA、iB、iC。 三相交流電的相序A —— B ——C。旋轉磁場的旋轉方向為U相—— V相—— W相（順時針旋轉）。若 U相、V相、W相繞組的電流分別為iA、iC、iB（即任意調換電動機兩相繞組所接交流電源的相序），則旋轉磁場的旋轉方向為逆時針旋轉。兩極三相異步電動機（即2P=2）定子繞組產生的旋轉磁場，當三相交流電變化一周后，其所產生的旋轉磁場也正好旋轉一周。故在兩極電動機中旋轉磁場的轉速等于三相交流電的變化速度，即n1=60f1=3000轉\\分。四極三相異步電動機（即2P=4）定子繞組產生的旋轉磁場，當三相交流電變化一周后，其所產生的旋轉磁場只旋轉了半圈。故在四極電動機中旋轉磁場的轉速等于三相交流電的變化速度的一半，即n1= 60 f1/2 =1500轉/分。由于普通電機在變頻調速上存在以上缺陷，而交流調速又有諸多優點且發展迅速，解決電機的問題勢在必行，國外科研機構和廠家已在研制變頻調速專用電機，并有產品進入市場。變頻調速三相異步電動機的結構原理與普通三相異步電動機基本相同，但由于考慮到電源性質、控制方式和運行方式的不同，所以與普通三相異步電動機存在一定的差異，在變頻調速時優點顯著。
　　對于恒頻恒壓供電的普通異步電動機，電壓和頻率一定，主要考慮的性能參數是過載能力、啟動特性、功率和功率因數。對于變頻調速三相異步電動機，由于啟動、過載、效率和功率因數等可在控制系統中解決，所以要重點考慮寬頻范圍驅動和電源的非正弦性。YTSP系列技術參數：功率：0.75~160KW，56種規格。極數：4、6、8；額定電壓：380V；額定頻率（拐點頻率）：50Hz；恒轉矩調速比：U/f控制：1：16.7；矢量控制：1：1000以上。
　　
　　三、變頻調速三相異步電動機的應用
　　
　　變頻調速三相異步電動機的選擇依據是負載類型。負載類型分為：離心、恒功率和恒轉矩負載。如風機和水泵屬離心負載，用U/f控制變頻起驅動YTSP系列變頻調速三相異步電動機。一般環境用有冷卻風機的變頻調速電動機（如YTSP）。粉塵、水蒸氣和高溫環境中，選擇輥道專用變頻調速電動機（如RSG）。
　　作者單位：張家口職業技術學院
　　
　　參考文獻：
　　[1]何超.交流變頻調速技術[M].北京:航空航天大學