Основное различие между двигателем, питаемым от преобразователя частоты, и двигателем, питаемым от синусоидальной волны промышленной частоты, заключается в том, что, с одной стороны, он работает в широком диапазоне частот от низких до высоких, а с другой стороны, форма волны питания не является синусоидальной. Анализ формы волны напряжения с помощью рядов Фурье показывает, что форма волны питания содержит более 2N гармоник в дополнение к основной составляющей волны (управляющей волне) (количество модулирующих волн, содержащихся в каждой половине управляющей волны, равно N). Когда преобразователь переменного тока SPWM выдает мощность и подает ее на двигатель, форма волны тока на двигателе будет иметь вид синусоидальной волны с наложенными гармониками. Гармонический ток будет генерировать пульсирующую составляющую магнитного потока в магнитной цепи асинхронного двигателя, и эта пульсирующая составляющая магнитного потока накладывается на основной магнитный поток, так что основной магнитный поток содержит пульсирующую составляющую магнитного потока. Пульсирующая составляющая магнитного потока также приводит к насыщению магнитной цепи, что оказывает следующее влияние на работу двигателя:
1. Генерируется пульсирующий магнитный поток.
Потери возрастают, а эффективность снижается. Поскольку выходной сигнал источника питания с регулируемой частотой содержит большое количество высокочастотных гармоник, эти гармоники приводят к соответствующему износу меди и железа, снижая эффективность работы. Даже широко используемая в настоящее время технология синусоидальной ширины импульса SPWM подавляет только низкочастотные гармоники и уменьшает пульсирующий момент двигателя, тем самым расширяя диапазон стабильной работы двигателя на низких скоростях. При этом высокочастотные гармоники не только не уменьшаются, но и увеличиваются. В целом, по сравнению с источником питания с синусоидальной частотой, эффективность снижается на 1–3%, а коэффициент мощности — на 4–10%, поэтому потери на гармоники в двигателе при использовании источника питания с частотным преобразователем являются серьезной проблемой.
б) Генерация электромагнитных колебаний и шума. Из-за наличия ряда высокочастотных гармоник будут генерироваться электромагнитные колебания и шум. Снижение колебаний и шума уже является проблемой для двигателей, работающих на синусоидальной волне. Для двигателя, питаемого от инвертора, проблема усложняется из-за несинусоидального характера источника питания.
c) На низких скоростях возникает пульсирующий момент низкой частоты. Синтез гармонической магнитодвижущей силы и гармонического тока ротора приводит к возникновению постоянного и переменного гармонического электромагнитного момента; переменный гармонический электромагнитный момент вызывает пульсацию двигателя, что влияет на стабильную работу на низких скоростях. Даже при использовании режима модуляции SPWM, по сравнению с синусоидальным напряжением питания промышленной частоты, все равно будет присутствовать определенная степень низкочастотных гармоник, которые будут создавать пульсирующий момент на низких скоростях и влиять на стабильную работу двигателя на низких скоростях.
2. Генерировать импульсное напряжение и осевое напряжение (ток) на изоляцию.
а) Возникает скачок напряжения. Во время работы двигателя приложенное напряжение часто накладывается на скачок напряжения, генерируемый при коммутации компонентов частотного преобразователя, и иногда скачок напряжения бывает высоким, что приводит к многократным поражениям электрической цепи катушки и повреждению изоляции.
б) Генерация осевого напряжения и осевого тока. Генерация напряжения на валу в основном обусловлена наличием дисбаланса магнитной цепи и явлением электростатической индукции, что не представляет серьезной проблемы для обычных двигателей, но становится более заметным для двигателей, работающих от источника переменного тока. Если напряжение на валу слишком высокое, состояние смазки масляной пленки между валом и подшипником ухудшается, и срок службы подшипника сокращается.
c) Теплоотвод влияет на эффективность теплоотвода при работе на низких скоростях. Из-за большого диапазона регулирования скорости частотно-регулируемого двигателя он часто работает на низких скоростях и низкой частоте. В это время, поскольку скорость очень низкая, охлаждающего воздуха, обеспечиваемого методом автономного вентиляторного охлаждения, используемым в обычных двигателях, недостаточно, и эффективность теплоотвода снижается, поэтому необходимо использовать автономное вентиляторное охлаждение.
Механические воздействия склонны к резонансу; как правило, любое механическое устройство будет вызывать резонансное явление. Однако двигатель, работающий на постоянной частоте и скорости, должен избегать резонанса с собственной частотой механического элемента электрической частотной характеристики, составляющей 50 Гц. При работе двигателя с частотным преобразователем рабочий диапазон частот широк, и каждый компонент имеет свою собственную частоту, что легко может привести к резонансу на определенной частоте.
Дата публикации: 25 февраля 2025 г.