变频电动机

变频电动机是变频器驱动的电动机的统称。随着变频调速技术的快速发展，各种高压变频器不断出现，在电厂厂用电等方面发挥着巨大的节能作用。

介绍

实际上，为变频器设计的电机称为变频专用电机；电机可以在变频器的驱动下实现不同的转速与转矩，以适应负载变化的需求。一般的变频电动机，是由传统的鼠笼式电动机衍生而来；通常把传统的电机用自冷风机改为独立出来的风机，并且提高了电机绕组绝缘的耐电晕性能。在一些对电机输出特性要求不高的场合，如小功率，及工作频率在额定频率附近的情况下运行时，可以用普通鼠笼电动机代替。

调速原理

由三相异步电动机转速公式：n=60f(1-s)/p可知，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。

从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。

从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。

变频保护

1、差动保护

为了保证内部故障时差动保护灵敏动作，同时防止外部故障时及电动机起动时暂态不平衡电流引起的误动，加入变频电动机保护装置，包含变频差动保护和变频后备保护，从而给予变频运行电动机完善的保护。

2、后备保护

为了变频运行时，有相应的后备保护反映电机的各种异常运行状态，需要设置有速断过流、过流保护和负序保护功能，用于检测电机的堵转、匝间等故障。后备保护实时检测变频电动机运行频率，并计算对应的电流有效值，判别电机状态。当电机工频启动时，对应的保护功能退出，此时考虑采用电机原综保装置来完成后备保护。当电动机在变频方式运行时，如果发生匝间故障，故障电流水平与发生故障时刻频率的大小有关系，为了提高负序电流保护对匝间故障的灵敏度，设置有多段定值，检测不同频率下的匝间故障。

特点

电磁设计

对于变频电动机，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再需要过多地考虑，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，及确保电机的使用寿命。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，加强对地绝缘和匝间绝缘强度，特别要考虑绝缘耐电晕冲击的能力。

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，从而导致轴承电蚀损坏，所以一般要采取特殊绝缘措施。

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。

变频影响

给电动机的绝缘带来危害

大批变频调速电机绝缘过早破坏的现象不断出现，有些变频电机的寿命只有1到2年，甚至有些在试运行期间电机绝缘就被击穿破坏，而且击穿通常发生在匝间绝缘。变频器没有影响到电动机的短期绝缘性能，但是显著降低了电动机的寿命，对于电动机而言，每年大约承受3000亿次脉动电压的冲击。

电动机保护的影响

变频装置的应用对于高压电动机的保护产生了很大的影响，尤其对作为大容量高压电机主保护的纵联差动保护影响最大。因为常规差动保护装置是针对不调速的电机而设计的，不能适用于宽范围调速的高压变频电动机”。所以目前进行变频改造的高压电机一般都取消了差动保护，而改装灵敏度较差的电流速断保护，这对于高压电机保护来说是不够的。

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