淺談變頻器供電條件下電動(dòng)機(jī)的溫升與對(duì)策
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由上表中可以看出變頻調(diào)速時(shí)，雖然電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、輸出功率都隨頻率的下降而降低（即發(fā)熱量減?。?，但電動(dòng)機(jī)的溫度卻升高了，特別是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在30hz以下時(shí)，溫升尤其嚴(yán)重。因此可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)變頻運(yùn)行后其溫升增加幾乎是不可避免的，特別是普通電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，極易發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。為此，了解電動(dòng)機(jī)的溫升緩解方法是十分重要的。
4 緩解電動(dòng)機(jī)溫升的對(duì)策
溫升是影響電動(dòng)機(jī)使用壽命的關(guān)鍵因素，電動(dòng)機(jī)溫升的“8℃定理”就是這一觀點(diǎn)的佐證。如前所述，電動(dòng)機(jī)在變頻器供電時(shí)的溫升會(huì)比工頻電源時(shí)有明顯增加，一般地，電機(jī)運(yùn)行頻率越低溫升越高。切實(shí)需要采取措施，限制或緩解電動(dòng)機(jī)溫升的增加，保證設(shè)備安全運(yùn)行。
在電動(dòng)機(jī)選定的條件下，限制或緩解電動(dòng)機(jī)溫升無(wú)非有兩個(gè)方面，一是合理地減少損耗，即降低發(fā)熱量；再就是改善冷卻條件，使熱能有效地散發(fā)出去。
減少損耗的根本措施一是抑制諧波，二是限制負(fù)載轉(zhuǎn)矩，具體措施如下：
?。?）采取各種抑制諧波的措施，例如在變頻器的輸出側(cè)加裝濾波器，以改善輸出諧波性能，減少由于高次諧波引起的附加損耗。
（2）合理調(diào)試“載波頻率”參數(shù)，改善諧波性能，減小電動(dòng)機(jī)的各種損耗。一般認(rèn)為載波頻率適度提高，高次諧波含量將降低，電機(jī)損耗小。但是必須注意：載波頻率過(guò)高將加劇電動(dòng)機(jī)的沖擊電壓，對(duì)電動(dòng)機(jī)絕緣不利，而且變頻器自身的損耗要增大，因此載波頻率的設(shè)置也不宜過(guò)高。
?。?）對(duì)于減負(fù)載場(chǎng)合或電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行情形，適度減低變頻器輸出電壓，即減小u/f給定。
?。?）對(duì)于減負(fù)載場(chǎng)合，適當(dāng)降低最高運(yùn)行頻率限制，降低電機(jī)出力。
?。?）適當(dāng)?shù)靥岣唠妱?dòng)機(jī)和變頻器的容量，減小其負(fù)載系數(shù)。
另外，如果生產(chǎn)工藝允許，電動(dòng)機(jī)輕載使用也是一種簡(jiǎn)單有效的方法。
圖5示出變頻供電時(shí)（變頻器容量與電機(jī)容量的組合為1∶1）電動(dòng)機(jī)容許的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和短時(shí)最大轉(zhuǎn)矩特性的一例［4］。這些特性隨電機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)等的不同而不同，詳細(xì)情況需要根據(jù)各廠家提供的資料進(jìn)行研究。
圖5中，容許連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩表示通用電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以將電機(jī)溫升限制在規(guī)定值以內(nèi)的容許轉(zhuǎn)矩值。如用220v、60hz電源以20hz的速度連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩在電機(jī)額定值的80%以內(nèi)，則可以使電機(jī)的溫升不超過(guò)規(guī)定值。最大轉(zhuǎn)矩表示通用電機(jī)用變頻器傳動(dòng)時(shí)電機(jī)可以產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩值。以此轉(zhuǎn)矩值不能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以為短時(shí)定額。
在提高散熱能力方面的具體措施：
（1）選用變頻專用電動(dòng)機(jī)或采用強(qiáng)迫通風(fēng)式電動(dòng)機(jī)。
?。?）改造原有設(shè)備，另設(shè)專用冷卻風(fēng)扇。
另外，如果生產(chǎn)工藝允許，限制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最低頻率，保證自扇冷式電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)的冷卻能力，也是一種簡(jiǎn)單有效的方法。
值得指出的是，目前大量使用的普通中小型交流電動(dòng)機(jī)都是按恒頻/恒壓（50hz/380v）設(shè)計(jì)的，為了降低成本這些電動(dòng)機(jī)都是自帶風(fēng)扇型冷卻的，冷卻風(fēng)量也是基本按電動(dòng)機(jī)額定速度設(shè)計(jì)的，較少考慮電動(dòng)機(jī)調(diào)速（降速）后，自扇冷式電動(dòng)機(jī)的散熱能力下降的問(wèn)題。在變頻器廣泛應(yīng)用的今天，這種電動(dòng)機(jī)實(shí)際上已經(jīng)不能適應(yīng)變頻調(diào)速的要求，變頻電動(dòng)機(jī)是理想的選擇之一。相比普通交流電動(dòng)機(jī)，目前變頻電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，許多企業(yè)難以承受。改造中小型電動(dòng)機(jī)冷卻方式，即采用他扇冷式這種以往多用于大型電動(dòng)機(jī)的冷卻方式，是一種簡(jiǎn)單有效且價(jià)廉物美的方案。
應(yīng)用通用變頻器改造舊有的普通異步機(jī)恒速系統(tǒng)時(shí)，尤其應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題。對(duì)于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載（如風(fēng)機(jī)、水泵）一般直接選用容量適當(dāng)?shù)淖冾l器即可；但是對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)注意實(shí)測(cè)或估算電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的頻率，判明電動(dòng)機(jī)實(shí)際功耗與電動(dòng)機(jī)余量。對(duì)于調(diào)速范圍比較寬的電動(dòng)機(jī)，特別是具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速兩個(gè)運(yùn)行范圍的電動(dòng)機(jī)，不能采用自扇冷式電動(dòng)機(jī)，這種方式對(duì)高速和低速都不利，低速時(shí)冷卻效果差，高速時(shí)冷卻能力過(guò)剩使系統(tǒng)效率下降。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文研究了變頻器供電條件下感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的溫升問(wèn)題，分析了由于電動(dòng)機(jī)的損耗和散熱問(wèn)題所引起的電動(dòng)機(jī)溫升增大的原因，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳實(shí)的說(shuō)明電動(dòng)機(jī)的溫度分布規(guī)律和變頻電源對(duì)電機(jī)溫升的影響，提出了減少損耗和改善散熱方面的具體措施，為解決電動(dòng)機(jī)溫升問(wèn)題提供了參考。
評(píng)論