变频电机与工频电机的区别及电机扭矩计算公式

变频电机与工频电机有什么区别一、普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。以下为变频器对电机的影响1、电动机的效率和温升的问题不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。拒资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%－－20%。2、电动机绝缘强度问题目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。3、谐波电磁噪声与震动普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。4、电动机对频繁启动、制动的适应能力由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。5、低转速时的冷却问题首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通异步电动机再转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。二、变频电动机的特点1、电磁设计对普通异步电动机来说，再设计时主要考虑的性能参数是过载能力、启动性能、效率和功率因数。而变频电动机，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在需要过多考虑，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。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增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。2、结构设计再结构设计时，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，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，特别要考虑绝缘耐冲击电压的能力。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，从而导致轴承损坏，所以一般要采取绝缘措施。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。变频电机可在0。1HZ－－130HZ范围长期运行，普通电机可在：2极的为20－－65hz范围长期运行.4极的为25－－75hz范围长期运行.6极的为30－－85hz范围长期运行.8极的为35－－100hz范围长期运行.变频器自动调频控制原理及实例发布日期：2010-05-31浏览量：51【字体：大中小】目前，变频器在机械、化工、电力、冶金以及民用等各个领域的应用已经日益广泛，变频器的使用不仅仅局限于电气技术人员的应用范畴。作为一名服务生产现场的仪表自控人员，了解变频器，掌握变频器的基本原理以及常见故障的处理，在实际生产中尤为重要。同时，它又是提升自身自控系统能力的一种工具。一、变频器的简单介绍变频器是把工频电源（50Hz或60Hz）变换成各种频率的交流电源，以实现电机变速运行的设备。1.变频器的基本结构2.其中各个电路的作用a.控制电路控制电路完成对主电路的控制。它将信号传给整流器、中间电路和逆变器，同时接受来自这些部分的信号。变频器都是由控制电路利用信号来开关逆变器的半导体器件，这是所有变频器的共同点。b.整流器整流器与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的支流电压。整流电路将交流电变换成直流电（交—直变换）。c.中间电路直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波。将整流电压变换成支流电流；使脉动的支流电压变得稳定平滑，供逆变器使用；将整流后固定的支流电压变换成可变的交流电压。d.逆变器逆变器产生电动机电压的频率，逆变电路将直流电再逆变成交流电（直—交变换）。二、变频器在生产中的应用（以富士G7变频器为例）1.变频器的控制原理（见图2）变频调速装置电路由空气开关QF2，交流接触器KM1和变频器U1组成，由安装在电气控制柜面板上的转换开关按钮S1，启动开关按钮S2；或安装在现场防爆操作柱上启动按钮和停止按钮；以及DCS控制系统的启动、停止按钮来控制U1的运行。启动U1时必须先闭合QF1和QF2，以及控制回路上的QF12（见图3）：（1）电动机上PTC1处于得电状态，用于电动超温保护；（2）电气控制柜面板上的启动开关按钮S2置于启动位置，空气开关QF2得电时，其联动常开触点闭合，使得交流接触器KM1得电；则KM1常开触点闭合，变频器处于受电状态；（3）此时按下DCS系统画面上的启动按钮或现场防爆操作柱上的启动按钮，则K1得电，同样，K1的常开触点闭合；这样，变频器处于运行状态，同时K1的常开触点闭合将DCS启动按钮或现场的启动按钮进行自保。2.变频器频率调节回路（见图2、图4）（1）QF11闭合，通过交—直流电源转换，提供24V电源分别供给“电压U/电流I”和“电流I/电流I”转换器。DCS系统画面上以0～100%的信号，控制系统通过模拟输出卡FM151输出4～20mA电流信号，以及“电流I/电流I”转换器的转换为变频器提供适当的电流信号，作为变频器的模拟输入端（AM、AC）的输入。（2）变频器经过内部转换，其模拟量输出端（FM、AC）的输出信号通过“电压U/电流I”转换器变换成相应的4～20mA电流信号；通过DCS控制系统模拟输入卡FM148A在DCS系统画面上显示变频器的运行频率百分数（%），可对应计算频率值。目前DCS系统的组态软件功能已经十分强大，通过DCS程序组态，可直接在画面上显示变频器的运行频率。3.变频器应用扩展通常为了生产安全，在变频器回路上均加一旁路接触器KM2；如果KM1或变频器本身发生故障时保证电动机仍能正常运行。也可通过变频器的外接频率给定端提供10V电源（A1，A3）和4～20mA电流信号（A1，A2），通过电压或电流信号的大小变化来控制变频器的频率变化。三、变频器常见故障的分析与处理造成变频器故障的原因不外乎外部干扰与内部本身故障。外因包括外部的电磁感应干扰，安装环境恶劣，电源出现缺相、低电压、停电的异常状况，以及雷击形成的感应雷电等。1.过流故障（OC）过流故障可分为加速、减速、恒速过电流。其可能是由于变频器的加减速时间太短、负载发生突变、负荷分配不均，输出短路等原因引起的。这时，一般可通过延长加减速时间、减少负荷的突变、外加能耗制动元件、进行负荷分配设计、对线路进行检查。如果断开负载变频器还是过流故障，说明变频器逆变电路已环，需要更换变频器。如果无这些现象，可能是误报警，按复位键后重新运行，看是否还出现过流现象。2.过载保护（OL）过载故障包括变频器过载和电动机过载。其可能是加速时间太短，直流制动量过大、电网电压太低、负载过重等原因引起的。一般可通过延长加速时间、延长制动时间、检查电网电压等来解决。负载过重，所选的电动机和变频器不能拖动该负载，也可能是由于机械润滑不好引起。如前者则必须更换大功率的电动机和变频器；如后者则要对生产机械进行检修。此外，还可通过检查电动机温度是否正常，三相电压是否平衡：不平衡则检查变频器的输出，平衡则考虑变频器的U/f曲线设置不当或电动机参数设置有问题。3.过热保护（OH）唯一的解决办法是通风。4.过压故障（OU）变频器的过电压集中表现在直流母线的支流电压上。变频器出现过压故障，一般是雷雨天气，由于雷电串入变频器的电源中，使变频器直流侧的电压检测器动作而跳闸，在这种情况下，通常只须断开变频器电源1min左右，再合上电源，即可复位；另一种情况是变频器驱动大惯性负载，就出现过压现象，对于这种故障，一是将减速时间参数设置长些或增大制动电阻或增加制动单元；二是将变频器的停止方式设置为自由停车。5.其他故障参数设置类故障：一旦发生了参数设置类故障后，变频器都不能正常运行，一般可根据说明书进行修改参数。如果以上不行，最好是能够把所有参数恢复出厂值，对于每一个公司的变频器其参数恢复方式也不相同。有一键恢复的，也有一步一步重新设置的。总的来说，越是先进的变频器，其恢复参数的功能越是方便快捷。此外还有欠电压（LU）、温度过高、硬件故障、通信故障等现象。四、结束语变频器的应用范围很广，虽然在实际使用过程中变频器故障率非常低，但是要想在生产中利用好、使用好变频器、熟悉变频器的结构原理、了解其常见故障。对技术人员特别是与之相关联的仪表自控人员，更有利于自控系统的设计与应用。在满足工艺的前提下，合理有效配置变频系统，才能使设备发挥更大的效率。一、变频器的分类1.1变频器按其供电压分为低压变频器(220V和380V)、中压变频器(660V和1140V)和高压变频器(3KV、6KV、6.6KV、10KV)。1.2变频器按其功能分为恒功率变频器、平方转矩F1500P系列变频器、简易型变频器、通用型ZY-G800系列变频器、电梯专用变频器等。1.3变频器按直流电源的性质分为电流型变频器和电压型变频器。1.4变频器按输出电压调节方式分为PAM输出电压调节方式变频器和PWM输出电压调节方式变频器。1.5变频器按控制方式分为U/f控制方式和转差频率控制方式两种。1.6变频器按主开关器件分为IGBT、GOT、BJT三种。1.7变频器按外型分为塑壳变频器(小功率)、铁壳变频器(多为中功率)、柜式变频器(大功率)。二、变频器选型注意事项变频器不是在任何情况下都能正常使用，因此用户有必要对负载、环境要求和变频器有更多了解。2.1负载类型和变频器的选择：电动机所带动的负载不一样，对变频器的要求也不一样。2.1.1风机和水泵是最普通的负载：对变频器的要求最为简单，只要变频器容量等于电动机容量即可（空压机、深水泵、泥沙泵、快速变化的音乐喷泉需加大容量）。2.1.2起重机类负载：这类负载的特点是启动时冲击很大，因此要求变频器有一定余量。同时，在重物下放肘，会有能量回馈，因此要使用制动单元或采用共用母线方式。2.1.3不均行负载：有的负载有时轻，有时重，此时应按照重负载的情况来选择变频器容量，例如轧钢机机械、粉碎机械、搅拌机等。2.1.4大惯性负载：如离心机、冲床、水泥厂的旋转窑，此类负载惯性很大，