Частотно-регулируемые приводы (ЧРП) получили широкое распространение для управления скоростью вращения двигателя благодаря их способности обеспечивать гибкое регулирование скорости, улучшенной энергоэффективности и экономичности. Хотя существуют специально разработанные двигатели для работы с переменной частотой, простота и низкая стоимость стандартных асинхронных двигателей делают их привлекательным вариантом для многих промышленных применений.
Однако использование ЧРП для управления скоростью стандартного асинхронного двигателя сопряжено с рядом трудностей. В этой статье рассматриваются ключевые эффекты регулирования скорости с помощью ЧРП для обычных асинхронных двигателей и дается представление об эффективности, механизмах потерь и конструктивных соображениях.
Зачем использовать стандартные асинхронные двигатели с ЧРП?
Одним из главных преимуществ ЧРП является их совместимость с обычными асинхронными двигателями. Эти двигатели отличаются простой конструкцией, низкой стоимостью производства и надежной долговечностью, что делает их идеальными для большинства приложений общего назначения с переменной скоростью вращения.
Если бы ЧРП можно было использовать только со специально разработанными двигателями, то присущие технологии ЧРП преимущества - простота, прочность и экономичность - были бы сведены на нет.
Несинусоидальный выход и его влияние на двигательную активность
Когда ЧРП регулирует скорость вращения двигателя, форма выходного напряжения не является идеальной синусоидой. Вместо этого она обычно напоминает ступенчатый или широтно-импульсный модулированный (ШИМ) сигнал, вносящий гармонические составляющие, которые влияют на работу двигателя следующим образом:
1. Увеличение потерь меди
Потери в меди статора:
Гармонические токи, наведенные в обмотках статора, увеличивают потери в меди (потери I²R). Это особенно заметно, когда гармоники вызывают вихревые токи и магнитное насыщение, что приводит к увеличению потребности в токе возбуждения и, следовательно, к увеличению общего тока, потребляемого двигателем.
Потери в меди ротора:
Роторные шины, особенно в роторах с глубокими пазами, испытывают значительно большие потери из-за скин-эффекта на гармонических частотах. Например, при основной частоте 50 Гц пятая и седьмая гармоники создают токи ротора на частотах 300 и 600 Гц соответственно. При таких высоких частотах сопротивление ротора переменному току резко возрастает - иногда до 3,7 раза по сравнению с сопротивлением постоянному току, что приводит к большим потерям энергии и выделению тепла.
2. Увеличение потерь железа
Наличие гармоник также приводит к увеличению потерь в железе (потерь в сердечнике) двигателя, поскольку изменяющиеся во времени магнитные поля создают дополнительные вихревые токи и гистерезисные потери. В то время как первичный магнитный поток остается на основе основной формы волны, гармонические потоки способствуют увеличению нагрева и снижению эффективности двигателя.
Даже при использовании типичной 6-ступенчатой формы сигнала от ЧРП пиковый магнитный поток в воздушном зазоре двигателя может быть на 10% выше, чем при использовании чистого синусоидального сигнала, хотя фактическое увеличение потерь в железе относительно скромное.
3. Дополнительные потери на рассеяние
Утечка в концевой обмотке и вихревые токи:
Высокочастотные гармоники также увеличивают паразитные потери из-за дополнительных вихревых токов в концевых обмотках статора и крышках двигателя. Эти потери более выражены в двигателях с закрытыми или перекошенными пазами.
Поток утечки в косых щелях:
Поскольку фазовый угол между магнитными полями статора и ротора смещается под воздействием гармоник, поток утечки в перекошенных пазах приводит к локальному нагреву, особенно вблизи концевых витков и зубцов сердечника двигателя.
Заключение: Стоит ли использовать стандартный двигатель с ЧРП?
Хотя можно использовать стандартный асинхронный двигатель с ЧРП, важно понимать, что содержание гармоник создает дополнительные проблемы с тепловым режимом и эффективностью. Если приоритетами являются точное управление скоростью, высокая надежность и энергоэффективность, возможно, стоит рассмотреть двигатели с ЧРП или принять такие меры, как добавление фильтров, снижение мощности двигателя или улучшение изоляции для повышения долговечности и производительности.
Для оптимального энергосбережения в промышленных условиях посетите сайт Официальный сайт компании Baldor и изучите наш ассортимент высокоэффективные винтовые воздушные компрессоры и передовые моторные решения.