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普通三相异步电机可以使用变频器吗?

  普通的三相异步电机,当然都可以使用变频器了,看变频器的主要市场占有率,还是重点落在在风机水泵类和一些简单传送的场合,这些场合都使用了普通的三相异步电机,变频器能在短短几十年时间内普及,当然是靠着能解决掉普通三相异步电机的调速问题来成为最重要的工业调速系统的,毕竟普通三相异步电机在工业市场里边占有率是非常高的,很多年前的数据是说超过7成,现在随着变频电机带来的便利解决了很多问题:

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1、三相异步电机,自从被物理学家特斯拉改进发明以来,一直以简单可靠的优越性能受到工业设备的欢迎,成为工业动力系统的心脏。但是因为大功率电子器件和单片机技术成熟比较晚,异步电机调速效果很不理想,所以调速系统基本上是直流电机占主流地位的。一直到上个世纪末期,变频器调速系统才真正成熟了,而且价格降低下来了,彻底颠覆了调速市场,奠基了调速市场里边的大哥大地位。这一切,当然是以变频器能使用在普通三相异步电机为基础的。九十年代的时候,满大街都是用变频器给异步电机做节电器的广告,一直到今天,很多用户还是喜欢给自己普通电机装个变频器的,毕竟多少也能省一电,而且关键是带来了改变设备速度的便利,这个事实也证明变频器在普通异步电机上使用是非常成熟稳定的。

2、任何调速系统,除了稳定可靠外,还有一个调速范围问题,就是最大高速度和最低速度的比值1,普通异步电机的调速范围当然不高,主要是异步电机的磁场不像直流电机那样有独立线圈控制,很多参数耦合在一起,所以低速性能不理想,而高速又受限于轴承等因素。比如变频器一般建议使用在8HZ以上,但是不宜高于75HZ,这样算起来调速范围小于10:1,所以制约了变频器在一些宽范围调速场合的应用,比如龙门床加工时候要很慢,而且要求转速波动小,保证加工精度,在加工完了要很快回位,这样变频器调速范围不够就无法满足调速要求。但是对于很多风机水泵场合的普通电机,并没有这么高要求的调速性能,转速高点低点,并不会影响到设备和工艺要求,相反带来了很多好处,比如转速低了,轴承磨损也少了,而因为平方转矩特点,转速降低了10%,噪音低了很多,理论上还可以节约30%的电能。变频器最成功的地方,就是可靠的解决了普通异步电机的调速问题。

3、但是变频器的控制原理,并不是真正输出标准的正弦波给异步电机,而是通过PWM斩波的形式,输出一系列脉冲方波,利用微积分的数学道理,通过作用面积一致来达到等效正弦波的作用效果。可以想象得到,变频器在电机速度低的时候,输出的脉冲密度比较低,这样是很难模拟出正弦波效果的,这是变频器低速扭力不足,转速不稳和发热的根本原因,所以变频器带普通异步电机,要避免工作在低频状态。所以特斯拉汽车比较聪明,让电机工作在高频状态(首先轴承这些要过硬),然后通过齿轮来减速,这样避免让异步电机工作在低频状态,对于一些有调速范围要求的工业控制系统,也完全可以参考这样的控制思路。

4、变频器是通过的大功率的开关管开关两种状态实现对电机线圈的通断控制的,而线圈是感性负载,电流不能突变,开关管强行开关过程中,必然会产生di/dt这样的高压,这些高频通断引起的瞬间高电压,必然会冲击电机的绝缘系统,而且反复通断,会引起一些功率损耗,造成电机震动和发热,这些必然会缩短电机的使用寿命。频繁的通断,还会产生电磁波,引起各类型的干扰。

5、在低速低频状态下,电机本身发热就比较厉害,而普通的异步电机是自散热风冷系统,主要通过尾部一个风扇来散热降温,这个风扇的速度和电机的速度是一致的,在低速时候,风扇的转速也低,达不到冷却作用,所以在低频运行的异步电机,可以把这个风扇改成外部驱动模式,比如增加一个风机来带动冷却风扇来满足散热要求。

6、使用变频器碰到干扰问题也不可避免,可以通过电源隔离把强弱电分开,强电和弱电布线不要挨到一起,注意接地,使用一些磁环滤波器灯来避免。对于精度要求比较高的场合,可以使用变频电机甚至同步电机来满足要求。




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