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为什么交流异步电机变频调速时易发热

异步电动机采用变频器调速,具有降低机械传动结构复杂程度、体积;调速范围宽且平滑;易于控制等特点。因此,在制造业的自动化控制系统的加工设备中,已得到广泛使用。

普通异步电动机在设计制造时是以定频、饱和磁通、额定电压、额定功率、额定转矩等技术要求为标准的。

变频器是基于近代不断提高生产力的需要和高速发展的电子技术广泛应用于工业而诞生的。并派生出根据变频器调速性能、特点制造出的变频电机。也就是说变频器并不是为普通异步电动量身定制的。则是兼容而已。因此,当普通异步电动机与普通变频器搭建调速系统时,在运行过程中,电机容易发热。其根源大概有以下几方面。

一、普通异步电机在低频端运行时

普通异步电动机在设计制造时,是以饱和磁通基本要求为标准的。在电机运行在额定频率之下时,由频率(f)与磁通(Φ)反比关系,即Φ∝1/f可知,随着外加频率下降,定子的磁通量就会上升,造成定子铁芯磁密度出现过饱和,是励磁电流迅速上升,定子绕组温度就会迅速升高。为减小Φ变化,变频器在相同负载转矩下,通过电流调节闭环控制相同的定子电流,并保持U/f≈KΦ(K:常数)。但是,过低的频率使得加在定子绕组上的电压(U)过低,相应的定子阻抗压降因素影响增大。使得Φ不能保持在变化范围内而上升。

在一些自动化控制系统要求较高的场合下,为保证系统稳定运行,降低电机的温度,常常在低频端增设低频补偿装置或改用变频电机,但也提高了成本。

二、冷却

普通异步电动机运行时产生的温度,是利用自带的风叶冷却的。在定频和良好的环境下运行时,定子绕组产生的热量,靠转轴上风叶产生的风量,使其电机温度冷却在合理的范围内。

当变频调速在低频端运行时,因电机转速下降(n=60f/p(1-s)),风叶产生的风量下降。使电机运行时的温度冷却效果下降,电机转速越低,冷却效果越差。

n:转速;p:极对数;s:转差率

三、高次谐波

不管是何种变频器,它的输出波形都是不平滑的,且在高低频端或多或少地都掺杂了高次谐波。高次谐波不仅是电机运行时产生噪声,而且是电机发热的又一因素。高次谐波会在定子绕组、定子铁芯、转子中产生集肤效应(涡流会产生大量热量),同时高次谐波也会使定转子阻抗增大,使一部分电能转化成热能,提高了损耗,也提高了电机运行时的温度。

同样为保证系统稳定运行,降低电机的温度和噪声,一般在变频器输出端增设滤波器或电抗器。但也提高了成本。

当然交流异步电机采用变频器调速时,电机的功率选小、短期严重过载等都会使电机运行时温度过高。

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