隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和進步，國內(nèi)的變頻器廠家都在開始大力推進變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，尤其是在采用多級PWM技術(shù)后，完成了利用IGBT的導(dǎo)通和阻斷，能夠?qū)C電壓變?yōu)榫哂幸欢ㄐ螤畹拿}沖串(文末解釋)，通過控制脈沖寬度和脈沖串周期，達到調(diào)壓變頻的目的。雖然現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)使輸入電流基本為正弦波，減少了高次諧波電流對供電質(zhì)量的污染；輸出電壓波形實現(xiàn)了分段輸出近似正弦波形，保護了高壓電機的繞組絕緣。
但從其變頻調(diào)速系統(tǒng)實際運行的分析研究來看，變頻調(diào)速裝置應(yīng)用于現(xiàn)代交流電機的設(shè)計仍有其特殊性和要求，這也是設(shè)計人員必須認(rèn)真研究和考慮的問題。
新型變頻調(diào)速系統(tǒng)對交流電機設(shè)計的特殊要求
(1)變頻調(diào)速裝置輸出電源的電壓波形雖然基本上類似于正弦波形，但仍含有高次諧波成分，會引起電機軸的輸出轉(zhuǎn)矩波動，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩。這將改變軸系的扭轉(zhuǎn)共振頻率。當(dāng)這種轉(zhuǎn)矩波動的頻率與軸系機械系統(tǒng)的固有轉(zhuǎn)動頻率接近或一致時，就會導(dǎo)致共振現(xiàn)象的突然發(fā)生，必將使振動轉(zhuǎn)矩成倍增加。嚴(yán)重時會導(dǎo)致電機和被驅(qū)動的機械設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。
實踐證明，高次諧波分量引起的脈動轉(zhuǎn)矩還會增強電機通風(fēng)冷卻風(fēng)扇和葉片承受振蕩的強度。同時，在設(shè)計中必須相應(yīng)增加轉(zhuǎn)子阻尼繞組的籠條和端環(huán)的結(jié)構(gòu)強度和阻尼效果。
(2)在變頻調(diào)速過程中，設(shè)計者必須仔細考慮變頻調(diào)速控制系統(tǒng)必然對電機整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的疲勞應(yīng)變和沖擊過渡力矩，特別是對高壓大功率電機繞組的主絕緣和繞組線圈端部的綁扎緊固方式采取了更有效的技術(shù)措施。而且從電機設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展來看，更有效地消除繞組線圈端部的磁共振頻率，仍然是現(xiàn)代電機產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計的重要技術(shù)課題。
(3)頻繁的變頻調(diào)速過程會導(dǎo)致電機沖擊電流的頻繁變化，必然會導(dǎo)致阻尼繞組的籠條、端環(huán)等轉(zhuǎn)動零部件產(chǎn)生熱應(yīng)力和機械應(yīng)力疲勞，即交變熱應(yīng)力和機械應(yīng)力疲勞損傷。
(4)變頻調(diào)速裝置是交流電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的電源，雖然目前已經(jīng)采取了極其有效的技術(shù)措施，大大改善了輸出電壓波形。即便如此，變頻調(diào)速裝置中含有的高次諧波成分仍會增加軸電壓。雖然不能造成明顯的傷害，但是設(shè)計者要高度重視。
(5)變頻調(diào)速裝置控制電機以額定轉(zhuǎn)速的20%-30%低速運行。如果設(shè)計了滑動軸承的潤滑系統(tǒng)，潤滑油膜的厚度明顯減小，軸與軸瓦之間的油膜必然被破壞，這樣就會發(fā)生金屬與金屬的接觸磨削，也會導(dǎo)致滑動軸承的異常溫升。
(6)在設(shè)計帶變頻調(diào)速裝置的交流電機時，必須小心地將引起共振現(xiàn)象的危險轉(zhuǎn)速排除在調(diào)速范圍之外。
(7)對于帶變頻調(diào)速裝置的交流電動機的設(shè)計，其通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的計算必須以低速為基礎(chǔ)，其通風(fēng)冷卻能力應(yīng)進行核定和計算。
(8)在帶變頻調(diào)速裝置的交流電機設(shè)計中，其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計必須相應(yīng)加強匝間絕緣，以防止功率半導(dǎo)體器件瞬間超高頻過電壓沖擊，導(dǎo)致電機繞組匝間絕緣損壞，縮短電機絕緣壽命，或嚴(yán)重匝間絕緣擊穿造成匝間短路事故。
(9)在設(shè)計有變頻調(diào)速裝置的交流電動機時，必須防止最低轉(zhuǎn)速運行時的低速喘振現(xiàn)象，以維持最低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定運行。
(10)在設(shè)計變頻調(diào)速系統(tǒng)的過程中，我們需要確認(rèn)一個理念，那就是必須盡量保證電源系統(tǒng)不被污染，即嚴(yán)格控制諧波成分向電源的流出。
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