普通電機為啥不能當變頻電機使用?

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法律顧問：趙建英律師

普通電動機是按恆頻恆壓設計的，不可能完全適應變頻器調速的要求，因此不能多做變頻電機使用。

變頻電機和普通電機的區別，主要表現在以下兩個方面：

第一，普通電機只能在工頻附近長時間工作，而變頻電機則可以長時間在嚴重高於，或者是低於工頻的條件下進行工作；舉個例子，我們國家的工頻是50Hz，普通電機如果長時間在5Hz，很快就會出現故障，甚至是損壞；而變頻電機的出現，就解決了普通電機的這個不足；

第二，普通電機和變頻電機的散熱系統不同。普通電機的散熱系統和轉速是息息相關的，或者說，電機的轉速快，散熱系統就效果好，電機轉速慢，散熱效果就會大打折扣，而變頻電機則不存在這個問題。

普通電機加上變頻器之後，是可以實現變頻運行了，但並非真正的變頻電機，如果長時間在非工頻狀態下工作，可能到電機的損壞。

一、變頻器對電機的影響主要在電動機的效率和溫升

變頻器在運行中能產生不同程度的諧波電壓和電流，使電動機在非正弦電壓、電流下運行，裡面的高次諧波會引起電動機定子銅耗、轉子銅耗、鐵耗及附加損耗增加，最為顯著的是轉子銅耗，這些損耗會使電動機額外發熱，效率降低，輸出功率減小，普通電動機溫升一般要增加10%－20%。

普通電機 帶獨立散熱風扇的變頻電機

二、電動機的絕緣強度問題

變頻器載波頻率從幾千到十幾千赫，使得電動機定子繞組要承受很高的電壓上升率，相當於對電動機施加陡度很大的衝擊電壓，使電動機的匝間絕緣承受較為嚴重的考驗。

三、諧波電磁噪聲與震動

普通電動機採用變頻器供電時，會使由電磁、機械、通風等因素所引起的震動和噪聲變的更加複雜。變頻電源中含有的各次諧波與電動機電磁部分固有空間諧波相互幹涉，形成各種電磁激振力，從而加大噪聲。由於電動機的工作頻率範圍寬，轉速變化範圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電動機的各結構件的固有振動頻率。

四、低轉速時的冷卻問題

當電源頻率較低時，電源中的高次諧波所引起的損耗較大；其次變通電機轉速降低時，冷卻風量與轉速的三次方成正比減小，致使電機熱量散發不出去，溫升急劇增加，難以實現恆轉矩輸出。

五、針對以上情況，變頻電機採用以下設計：

儘可能減小定子和轉子電阻，降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增加

主磁場不飽和設計，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時為了提高輸出轉矩可適當提高變頻器的輸出電壓

結構設計，主要是絕緣等級提高；對電動機的振動、噪聲問題充分考慮；冷卻方式採用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇採用獨立的電機驅動方式，強冷風扇的作用就是為了保證電機在低轉速下的冷卻。

變頻電機的線圈分布電容小一點，矽鋼片的電阻大些，這樣高頻脈衝對電機的影響就小了，電機的電感濾波效果要好些。

普通電機即工頻電機只需要考慮啟動過程和工頻一個點的工作情況（公眾號：機電人脈），然後設計電機；而變頻電機需要考慮啟動過程和變頻範圍內的所有點工作情況，然後設計電機。

為了適應變頻器輸出的PWM調寬波模擬正弦交流電含有大量諧波，專門製作的變頻電機，其作用實際上可理解為電抗器加普通電機。

如何區分普通電機和變頻電機？

一.普通電機和變頻電機結構上的區別

1. 絕緣等級要求更高

一般變頻電機的絕緣等級為F級或更高，加強對地絕緣和線匝絕緣強度，特別要考慮絕緣耐衝擊電壓的能力。

2. 變頻電機的振動、噪聲要求更高

變頻電機要充分考慮電動機構件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。

3.變頻電機冷卻方式不同

變頻電機一般採用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇採用獨立的電機驅動。

4. 保護措施要求不同

對容量超過160kW變頻電動機應採用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱，也會產生軸電流，當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸承損壞，所以一般要採取絕緣措施。對恆功率變頻電動機，當轉速超過3000/min時，應採用耐高溫的特殊潤滑脂，以補償軸承的溫度升高。

5. 散熱系統不同

變頻電機散熱風扇採用獨立電源供電，保證持續的散熱能力。

二.普通電機和變頻電機設計上的區別

1. 電磁設計

對普通異步電動機來說，再設計時主要考慮的性能參數是過載能力、啟動性能、效率和功率因數。而變頻電動機，由於臨界轉差率反比於電源頻率，可以在臨界轉差率接近1時直接啟動，因此，過載能力和啟動性能不在需要過多考慮，而要解決的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力。

2. 結構設計

在結構設計時，主要也是要考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、噪聲冷卻方式等方面的影響。

End

來源：機電人脈

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