В области электрооборудованияобычные асинхронные двигатели, как правило, рассчитаны на работупри постоянной частоте и напряжении. Однако такая конструкция имеет ограничения в плане удовлетворения требований к высокой производительности в системах частотно-регулируемого регулирования скорости.
1. Повышение эффективности и температуры
Все типы преобразователей частоты генерируют гармонические напряжения и токи во время работы, в результате чего двигатель работает в условиях несинусоидальной мощности.
Если взять в качестве примера широко используемый синусоидальный преобразователь с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией), то его гармонические составляющие высокого порядка (примерно вдвое превышающие несущую частоту) приводят к увеличению потерь в двигателе, включая потери в статоре и роторе из меди/алюминия, потери в сердечнике и дополнительные паразитные потери. Примечательно, что потери меди в роторе становятся более заметными.
Когда асинхронный двигатель работает с частотой, близкой к синхронной, высокочастотные гармонические напряжения вызывают значительные потери в стержнях ротора. Кроме того, дополнительные потери меди, вызванные поверхностным эффектом, еще больше снижают КПД.
• Эти потери приводят к дополнительному выделению тепла, снижению КПД и выходной мощности. При несинусоидальном питании от преобразователей частоты повышение температурыстандартных трехфазных асинхронных двигателейобычно увеличивается на 10-20%.
2. Напряжение изоляции
Многие малые и средние преобразователи частоты используют ШИМ-управление с несущими частотами в диапазоне от нескольких кГц до десятков кГц. Это подвергает обмотки двигателя высокому значению dv/dt (скорости нарастания напряжения), эквивалентному резким импульсным напряжениям, которые нарушают изоляцию от витка к витку.
• Прямоугольное прерывающее напряжение, генерируемое ШИМ-преобразователями, накладывается на рабочее напряжение двигателя, создавая угрозу изоляции заземления. Повторяющиеся высоковольтные импульсы ускоряют старение изоляции.
Для решения этих задачв инверторных двигателяхприменяются специальные электромагнитные и конструктивные решения, оптимизирующие их конструкцию:
1. Электромагнитный дизайн
- Основной задачей является повышение совместимости двигателя с несинусоидальными источниками питания.
Сопротивление статора и ротора сведено к минимуму для снижения основных потерь в меди, компенсируя дополнительные потери, вызванные гармониками.
Индуктивность двигателя тщательно увеличена для подавления высокочастотных гармонических токов, обеспечивая при этом надлежащее согласование полного сопротивления во всем диапазоне частот вращения.
2. Конструктивное
исполнение - Конструкция двигателя учитывает влияние несинусоидальной мощности на изоляцию, вибрацию, шум и охлаждение.
• Система изоляции: Используется изоляция класса F или выше с усиленным заземлением и сквозной изоляцией, что особенно подчеркивает устойчивость к импульсным напряжениям.
Система охлаждения: Используется принудительная вентиляция, при которой вентилятор с независимым приводом обеспечивает эффективное рассеивание тепла, снижая повышенную тепловую нагрузку при работе с переменной частотой.
Инверторные двигателитщательно спроектированы таким образом, чтобы снизить негативное воздействие преобразователей частоты. Благодаря оптимизированному электромагнитному и конструктивному исполнению эти двигатели обеспечивают превосходную адаптируемость к несинусоидальным источникам питания, что делает их предпочтительным выбором для систем с регулируемой частотой вращения. Их повышенные показатели эффективности, терморегулирования и надежности изоляции подчеркивают их доминирующее положение в современных промышленных приводных системах.
