變頻器對三相異步電動機性能影響的探討

摘 要：文章結合三相異步電動機變頻調速的工作原理，研究分析了變頻器對三相異步電動機性能的影響，并介紹了幾種有效的解決方法，以期為有效增強異步電動機各方面的工作性能提供重要的研究依據。

關鍵詞：變頻器；三相異步電動機；性能影響；解決方法

1 工作原理

通過改變電動機的定子繞組工作頻率以達到調速的目的，這就是變頻調速。當把三相交流電接在定子繞組上時，定子與轉子之間的空氣間隙中會產生一個旋轉的磁場，旋轉磁場與轉子繞組之間會產生相對運動，使內部磁場產生感應電動勢和感應電流，此電流與旋轉磁場相互作用，產生的電磁轉矩可以帶動電動機運轉。變頻器和三相異步電動機連接，就會形成變頻調速三相異步電動機，這種電動機可以改變電動機的工作頻率轉差頻率，恒轉矩調速就是當工作頻率降低時，三相異步電動機的電磁轉矩和負載率不變；恒功率調速是工作頻率增大時，工作電壓增加，電磁轉矩會變小，電機功率P保持恒定不變。

變頻調速的原理可用公式表示為：

n=60f（1-s）/p

其中，n表示的是三相異步電動機的轉速，f表示三相異步電動的頻率，p為電動機的極對數，s表示電動機的轉差率。由公式可知，當電動機的極對數p和電動機的轉差率一定的前提下，轉速n與頻率f成線性關系，頻率f發生變化時，電動機的轉速也會相應的發生變化，但同時也會使氣隙磁通量發生變化，從而影響電動機的工作性能。一般來說頻率的變化范圍為0-50Hz，電動機轉速的變化范圍也是非常廣的，連續改變頻率f，電動機轉速就可以連續變化。因此對于三相異步電動機的調速系統的重點研究對象就是變頻調速，如何使電動機頻率、電壓發生變化而不影響電動機的運行性能，是現代科技有待解決的研究問題。

2 三相異步電動機變頻調速系統設計

為了使三相異步電動機實現控制各種不同的狀態，需要設計一個能夠各種運轉方向、速度等狀態均適用的控制系統。在系統設計中，應該考慮到三相異步電動機系統的抗干擾能力，從而增強三相異步電動機變頻調速系統各方面的穩定性。系統構成如圖1所示：

其中，變頻器可以改變該系統的電壓和頻率，是此控制系統的變頻調速控制單元。電動機轉速的調節是根據不同參數的改變調整電動機的頻率來實現的。變頻調速部分主要包括兩部分電路：主電路和控制電路，其中逆變器、整流器和中間直流環節三部分是主電路的重要組成部分。

3 變頻器對三相異步電動機性能影響與對策

3.1 分析性能影響

由于輸出電壓、電流中高次諧波的存在，在使用變頻器對三相異步電動機進行供電時，三相異步電動機增加了電能損耗，溫度上升，產生振動，噪聲增大。

3.1.1 三相電動機發熱異常

在采用變頻器對三相異步電動機進行調速時，一般會出現三相異步電動機發熱得現象，產生這種現象的原因大致有以下幾點：

（1）槽形設計問題。在三相異步電動機的變頻調速過程中，轉子消耗的電能在電動機全部功耗中占較大的比例，因此功耗過大從而導致電動機產生較為嚴重的發熱現象。

（2）電動機的定子與轉子繞阻之間的距離設計有待完善，這樣會有過多的鐵損耗產生，造成電動機的發熱現象。

（3）電動機運轉過程中，由于設計不合理，導致系統的散熱性不好。

3.1.2 產生電磁噪聲與振動

變頻器在三相異步電動機中進行轉速調解時，一些諧波干擾會對電動機的工作造成一定的影響，發生電磁諧振。當這些諧振頻率和物體本身的固有頻率相等時，就會產生共振現象，從而擴大電磁噪聲，加大振動幅度，降低電動機正常的工作性能。

3.1.3 產生諧波損耗

通過變頻器實現三相異步電動機的調速功能，存在較多的諧波損耗，其中包括銅耗、鐵耗和雜散損耗等。這些損耗會在一定程度上降低電動機的工作效率，電動機工作時，功耗增加，會產生較多的熱量，此時若得不到及時的散熱，必然會影響到三相異步電動機的正常性能。

3.2 提出解決方法

3.2.1 削弱諧波

通過研究可以了解到，變頻器工作時，由于輸出電壓和電流大量諧波的存在，三相異步電動機會產生多余的諧波損耗。理論分析表明，通過變頻器對三相異步電動機進行調速時，工作效率在一定程度上會降低。因此，削弱變頻器輸出電壓和電流中的諧波，有助于提高電動機的工作性能。系統為了更加有效地過濾諧波，可以在設備上添加正弦濾波器和濾波電抗器。正弦濾波器可以更好地減少高次諧波的通過，這樣可以使輸入電動機的電壓和電流接近正弦量；輸出濾波電抗器一方面可以彌補在導線較長時傳輸過程的電壓電流損失，另一方面還可以增加系統的濾波效果。

3.2.2 改善電動機的電磁設計

通過一些技術手段減小電動機定子和轉子的電阻，不斷降低基波中的銅損耗，增加高次諧波中的銅損耗，同時電動機低速運轉狀態的電阻減小，提升三相異步電動機的轉矩。另外，提高變頻器中的輸出電壓也可以有效增加電動機系統的整體性能。

3.2.3 創新變頻電動機技術

現在的變頻調速技術中，僅僅依靠改變現有系統的本身結構很難改變三相異步電動機變頻調速的弊端，無法減少一些高次諧波的影響。研究新型的變頻電動機應該脫離常規設計，從新技術和新材料方面出發，創造出新型的三相異步電動機變頻調速系統。

4 結束語

為了更好地使用變頻調速技術，我們應該多方面學習研究變頻器對三相異步電動機的不利影響因素，真正做到趨利避害。通過使用新技術和選用新材料等方法，能夠有效提高三相異步電動機的工作效率和能源利用率，使三相異步電動機變頻調速技術更多更廣地應用在日常生活、工業生產的多個領域，以便創造更大的經濟效益。

參考文獻

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