变频电机是指在标准环境条件下,以100%额定负载和10%~100%额定转速连续运行,温升不会超过电机标定允许值的电机。变频调速已成为主流调速方案,可广泛应用于各行各业。
1.电磁设计
对于普通异步电动机,设计时考虑的主要性能参数是过载能力、起动性能、效率和功率因数。由于变频电机的临界转差率与电源频率成反比,当临界转差率接近1时可以直接启动。所以过载能力和起动性能不需要考虑太多,但要解决的关键问题是如何提高电机对非正弦电源的适应能力。方式一般如下:
1)尽可能降低定子和转子电阻。
降低定子电阻可以降低基波的铜耗,以弥补高次谐波带来的铜耗。
2)为了抑制电流中的高次谐波,需要适当增加电机的电感。但转子槽漏抗大,其集肤效应也大,高次谐波的铜耗也增加。因此,电机漏抗的大小要考虑整个调速范围内阻抗匹配的合理性。
3)变频电机的主磁路一般设计为不饱和。首先,认为高次谐波会加深磁路的饱和,在低频时,逆变器的输出电压应适当提高,以提高输出转矩。
2.结构设计
在结构设计中,主要考虑非正弦供电特性对变频电机绝缘结构、振动和噪声冷却方式的影响,一般注意以下问题:
1)绝缘等级,一般为F或更高。加强对地和匝间的绝缘强度,特别是考虑绝缘承受冲击电压的能力。
2)对于电机的振动和噪声,要充分考虑电机部件和整体的刚性,尽量提高其固有频率,避免与各种力波共振。
3)冷却方式:一般采用强制通风冷却,即主电机的冷却风扇由独立电机驱动。
4)防止轴电流的措施,容量超过160KW的电机应采取轴承绝缘措施。主要原因是容易产生磁路不对称和轴电流。当其他高频元件产生的电流组合在一起时,轴电流会大大增加,从而导致轴承损坏,所以一般要采取绝缘措施。
5)对于恒功率变频电机,当转速超过3000转/分时,应使用专用耐高温润滑脂来补偿轴承的温升。