變頻（pín）調（diào）速時對電（diàn）機產生的影響

　　調速電（diàn）機就其（qí）設計初衷而（ér）言是專為交（jiāo）流調速而用的，但是變頻調速的（de）興起最直接的原因就是普通異步電機簡單的結構、低廉的成（chéng）本（běn）和方便的（de）調速。如果說變頻調速必須要配用變頻專用電機的話，那麽就（jiù）產生（shēng）了一個矛盾，變頻調速（sù）固（gù）有的簡單、堅固、耐用性不是沒有了嗎？所（suǒ）以本（běn）文就此問題（tí）對變頻調速專用電機及其應用範圍和在造紙機上的應用等問題做一討論。

　　變頻調速（sù）時對（duì）電（diàn）機及其效能產生的影響變頻調速不論采用什麽樣的控製方（fāng）法其輸出到（dào）電機端上的電壓脈衝（chōng）是非正弦（xián）的。所以普通異步電機在（zài）非正弦波下的（de）運行特性分析就是（shì）變頻調速時對電機產生的影響。

　　主（zhǔ）要有以下幾個方麵：

　　電機的損耗和效率非正弦電源下運行的（de）電機，除了基（jī）波產生的正常損耗外，還將出現許多附加損耗。主（zhǔ）要表現在定子銅損、轉子銅損（sǔn）和鐵（tiě）損的增加，從而影響電（diàn）機（jī）的效率。

　　1、定子銅損在定子繞組中出現的諧（xié）波電流（liú）使I2R及增加。當忽略集膚效應時，非正弦（xián）電流下的定子銅損與總電流有效值的平方（fāng）成（chéng）比例。如定子相數為m1，每相定子電阻為及R1，則（zé）總的定子銅損P1為 把包括基波電流在內的總定（dìng）子電流有效值Irms代入上式，可得 式中（zhōng）的第二項代表諧波損耗。通過實驗發現（xiàn），由於諧波電流的存（cún）在和與之相（xiàng）應的漏磁通的出現，使漏磁通的磁路飽和程度增（zēng）加，因而勵磁電流增大，從而使電流的基波成分也加（jiā）大。

　　2、轉子銅損在諧波的頻率下，一般可以（yǐ）認（rèn）為定子繞組的電阻為常數，但對於（yú）異步電（diàn）機的轉子，其交流電阻卻因集膚效（xiào）應而大大增加（jiā）。特別是深槽的籠形（xíng）轉子（zǐ）尤為嚴（yán）重。正弦（xián）波電源下的同步電機或（huò）磁阻電（diàn）機，由於（yú）定子空間諧波磁（cí）勢很小（xiǎo）。在轉子表麵繞組中引起的損耗可忽略不（bú）計。當同步電機在非正弦電源下運行時。時間諧波磁勢感應出轉子諧（xié）波電流，就像接近其基波同步轉速運行的異（yì）步電機（jī）那樣。

　　反向旋轉的5次諧波磁勢和正向旋轉的7次諧波磁（cí）勢（shì）都將感（gǎn）應出6倍於基波頻率的轉子電流（liú），在（zài）基波頻率為50Hz時，轉子電流頻率為300Hz。同樣，第（dì）11次和第13次諧波感應出12倍於基波頻率，即600HZ的轉子電（diàn）流。在這些頻率下，轉子的（de）實際交流電阻遠遠大於直流電阻。轉子電阻實際增大多少（shǎo）取決於（yú）導體截麵和布置導體的轉（zhuǎn）子槽的幾何形狀。通常的長寬比為（wéi）4左右的銅（tóng）導體，在50Hz時交流電阻與直流電阻之比為1.56，在300Hz時比值約為2.6；600Hz時（shí）比值約（yuē）為3.7。頻率更高時，此比（bǐ）值隨頻率的平方根成比例增加。

　　3、諧波（bō）鐵損電機中的鐵心損耗也由於電源（yuán）電壓中出現諧波而增大；定子電流的各次諧波在氣隙間建立了時間諧（xié）波磁動勢（shì）。氣隙中任何一點的總磁勢（shì）是基波和（hé）時間諧波磁勢的合成。對於一個三相6階梯電壓波形，氣隙（xì）中的磁密峰值比基波值約大10％，但是由時間諧波磁通引起的鐵損的增加是很小的。對於端部漏磁通和斜槽漏磁通產生的雜散損耗（hào），在諧波頻率作用下將有所增加，這一點（diǎn）在非正弦供（gòng）電時必須考慮：端部漏磁效應在定子和轉子繞組中都（dōu）存在，主要是（shì）漏磁通進入端板引起的渦流（liú）損耗。由於定子磁勢和轉子磁勢間相位差的變化，在斜槽結構中產生斜槽漏磁通，其磁勢在端部最大（dà），在定轉子鐵心及齒中產生損耗（hào）。

　　4、電（diàn）機效率諧波損耗的大小明顯地決定於外加電壓的諧波含量。諧波分量大，電機損（sǔn）耗增加，效（xiào）率降低。但是大多數靜止逆變（biàn）器不產生低於5次的諧波，而高次（cì）諧波的幅值較小。這種波形的（de）電壓（yā）對電機效率降低並不嚴重。對中等容量的異步電機（jī）進行計算和對比試驗（yàn）表明，其滿載有效電流比基波值（zhí）約增加4％。如果忽略集膚效應，則電機的銅（tóng）損與總有效（xiào）電流的平方成比例，諧波銅損為基波損耗的8％。考慮到由於集膚（fū）效（xiào）應（yīng）使轉子電阻平均可增（zēng）大3倍，因而電機的諧波銅損應為基波（bō）損耗（hào）的24％。如果銅損（sǔn）占（zhàn）電機（jī）總損耗的50％，則諧波銅損（sǔn）使整個（gè）電（diàn）機的損耗增加12％。鐵損的增加很難計算，因為它受電機結構和所用磁性材料的影響。

　　如果定子電壓波形中的高（gāo）次諧波成分相對較低，像在6階梯波中那樣（yàng），諧波鐵損增加不會超（chāo）過10％。如果鐵損和雜散損耗占電機總損耗的40％，則諧波損（sǔn）耗僅占電機總損耗的4％。摩擦損耗和（hé）風阻損耗是不受影響的，因而電機的全部損耗增（zēng）加小於20％。如果電（diàn）機（jī）在50Hz正弦電源時的效率為90％，則由於諧波存在使（shǐ）電機效率隻（zhī）降低1％一2％。 如果外加（jiā）電壓波形的諧（xié）波成分明顯地大於6階梯波時的諧波成分，則（zé）電機的諧波損耗將大大增（zēng）加，而且可能大於基波損耗。就是在6階梯波電源（yuán）時，一個低漏抗的磁阻電機可能吸收一個很大的諧波電流，從而（ér）使電機的效率下降5％或（huò）更多。在這種情況下，為了滿意地運行，就要使用12階梯波的逆變器，或采用六相的定子繞組。電機的（de）諧波電流（liú）和諧波損耗實際上與（yǔ）負載無關，因（yīn）此時間諧波的損耗大小（xiǎo）實際上可以在（zài）空載（zǎi）情況下用（yòng）正弦電（diàn）源和非（fēi）正弦電源進行比較確定。以此來確定（dìng）某種型式或某種結構的電機效率下降的大致範圍。

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