变频直流电机的简介

　　变频就是改变供电频率。英译:frequency conversion 变频技术的核心是变频器，它通过对供电频率的转换来实现电动机运转速度率的自动调节，把50Hz的固定电网频改为30—130 Hz的变化频率。同时，还使电源电压适应范围达到142—270V，解决了由于电网电压的不稳定而影响电器工作的难题。 通过改变交流电频的方式实现交流电控制的技术就叫变频技术。

　　变频电动机是变频器驱动的电动机的统称。实际上，为变频器设计的电机称为变频专用电机；电机可以在变频器的驱动下实现不同的转速与转矩，以适应负载变化的需求。一般的变频电动机，是由传统的鼠笼式电动机衍生而来；通常把传统的电机用自冷风机改为独立出来的风机，并且提高了电机绕组绝缘的耐电晕性能。在一些对电机输出特性要求不高的场合，如小功率，及工作频率在额定频率附近的情况下运行时，可以用普通鼠笼电动机代替。

　　调速原理

　　由三相异步电动机转速公式:n=60f(1-s)/p可知，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。

　　从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。

　　从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种:高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。

　　特点

　　电磁设计

　　对于变频电动机，由于临界转差率反比于电源频率，可以在临界转差率接近1时直接启动，因此，过载能力和启动性能不再需要过多地考虑，而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力，及确保电机的使用寿命。方式一般如下:

　　1） 尽可能的减小定子和转子电阻。

　　减小定子电阻即可降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗。

　　2）为抑制电流中的高次谐波，需适当增加电动机的电感。但转子槽漏抗较大其集肤效应也大，高次谐波铜耗也增大。因此，电动机漏抗的大小要兼顾到整个调速范围内阻抗匹配的合理性。

　　3）变频电动机的主磁路一般设计成不饱和状态，一是考虑高次谐波会加深磁路饱和，二是考虑在低频时，为了提高输出转矩而适当提高变频器的输出电压。

　　结构设计

　　在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声、冷却方式等方面的影响，一般注意以下问题:

　　1）绝缘等级，一般为F级或更高，加强对地绝缘和匝间绝缘强度，特别要考虑绝缘耐电晕冲击的能力。

　　2）对电机的振动、噪声问题，要充分考虑电动机构件及整体的刚性，尽力提高其固有频率，以避开与各次力波产生共振现象。

　　3）冷却方式:一般采用强迫通风冷却，即主电机散热风扇采用独立的电机驱动。

　　4）防止轴电流措施，对容量超过160KW电动机应采用轴承绝缘措施。主要是易产生磁路不对称，也会产生轴电流，当其他高频分量所产生的电流结合一起作用时，轴电流将大为增加，从而导致轴承电蚀损坏，所以一般要采取特殊绝缘措施。

　　5）对恒功率变频电动机，当转速超过3000/min时，应采用耐高温的特殊润滑脂，以补偿轴承的温度升高。

　　试验与测量

　　变频器输出为基波频率变化的PWM波，其测量方法与传统的工频正弦波测量有较大的区别。

　　1、通常我们说的变频器输出380V、50Hz，是指其基波（正弦波）为380V、50Hz。变频器实际输出波形为PWM波，除了基波外，还包含载波信号。载波信号频率要比基波高得多，且是方波信号，包含大量的高次谐波。

　　2、普通万用表一般只能测量45~66Hz或45~440Hz的交流正弦波。部分真有效值万用表的测量频率范围要宽得多，许多人认为可以用于变频测量、测试。其实不然，因为这种表测量结果把基波和载波都包含进去了。比如上述变频器，380V输出时，测量结果一般在400V以上。

　　3、用于变频测试的仪表应具备在各种PWM波形中分解出其基波的能力，严格测量需采用数字信号处理的方式，也就是高速采样得到样本序列，再对样本序列进行离散傅里叶变换，得到基波有幅值、相位及各次谐波的幅值和相位。

　　4、也有一种思路认为校准平均值（MEAN）可以替代变频器输出PWM信号中的基波成分的有效值。校准平均值在理论上等于正弦波的真有效值，等于正弦调制PWM波形的基波有效值，且实现简单；因此，MEAN值在许多仪器仪表中用于替代正谐波的有效值（RMS）或PWM的基波有效值（H01）的测量。但是，变频调速技术日新月异，非正弦调制PWM的应用越来越多，而且，一般变频器使用者通常并不了解自己的变频器采用何种调制模式，MEAN值在PWM测量中局限性越来越大。

　　因此，变频调速系统的电参数测试应采用具备合适带宽的变频电量变送器（包括变频电压传感器、变频电流传感器和电压电流组合式的变频功率传感器）及宽频功率分析仪（也称变频功率分析仪），宽频功率分析仪对信号进行高速交流采样后进行频谱分析，可以实时运算电压、电流的基波有效值及基波功率，还可计算电压、电流的真有效值、有功功率及相关谐波参数。

　　工信部和国家质检总局6月21日联合印发《电机能效提升计划》，计划提出到2015年累计推广高效电机1.7亿千瓦，淘汰在用低效电机1.6亿千瓦，实施电机系统节能技改1亿千瓦，实施淘汰电机高效再制造两千万千瓦。

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