变频器对三相异步电动机性能影响的研究

裴志远

摘 要：将变频器使用到三相异步电动机上，可以发挥其变频，变压和调速等方面的作用，但是其同样会对于电机性能造成负面影响。文章从这个角度出发，积极探析变频器对于三相异步电动机性能造成的影响。

关键词：变频器 三相异步电动机 性能影响

中图分类号：TM32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0119-01

从理论上来讲，任何形式的变频器的输出电压，或者输出电流中，都会出现高次谐波，这对于三相异步电动机的性能发挥会造成一定程度的影响。从这个角度来讲，要想充分发挥变频器在三相异步电动机性能上的积极作用，就有必要积极探析其影响因子，在此基础上做到趋利避害。

1 三相异步电动机的概况

1.1 三相异步电动机的含义

三相异步电动机是电动机体系中的重要组成部分，不同于其他电动机，其转子的速度远远低于旋转磁场的速度，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换，这种类型的电动机我们将其称作为三相异步电动机。

1.2 三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机之所以被广泛的使用，是因为其自身结构比较简单，工作效率相对较高，能够最大化的发挥其效能。具体来讲其运作原理为：在三相电源与异步电动机的定子绕组相互连接之后，对称电流就会流入绕组，此时气隙内会产生一定速度旋转的基波磁场，即n1=60f1/p。在对于转子进行切割的时候，短路转子绕组会对于电动势形成感应，电流感应也是同样的道理，在彼此之间作用的基础上形成电磁转矩，将成为驱动力，使得电动机运转。

2 变频器对于三相异步电动机性能的影响

变频器对于三相异步电动机性能的影响是多方面的，涉及内容比较多，牵涉层次比较广泛，存在很多不确定性因素。具体来讲，可以从以下几个角度入手。

2.1 变频器对于电动机工作效率的影响

谐波电压和谐波电流，是变频器运作过程中产生的“附加品”，很容易使得三相异步电动机处于非正弦电压和电流运作环境下。具体来讲，高次谐波会使得资源消耗量增加，无论是铁还是铜，在此基础上使得转子损耗量加剧。另外，在此过程中还会产生集肤效应，使得损耗进一步增大，一旦损耗达到极限，将使得电动机出现发热的情况，此时运作效率自然会大打折扣。

2.2 变频器对于电动机绝缘结构的影响

一般情况下，在市面上购买的变频器，在生产的过程中都是采用PWM控制方式，其载波频率范围比较广泛，使得异步电动机线圈需要承受相对较高的电压，造成du/dt取值偏大，在冲击电压的作用下，会使得电动机绝缘出现损坏现象。另外，变频器运作过程中产生的矩形斩波冲击电压积累之后，都被叠加在电动机上，同样会对于地绝缘构成威胁，使得绝缘的使用期限不断缩短。

2.3 变频器会造成过多过大的噪声污染

以变频器的供电方式，给予三相异步电动机供电的时候，电动机噪音和振动情况会越来越严重。从理论上来讲，这是因为变频器在运作过程中，谐波电压们相互干扰，使得电磁运动过激，形成电磁激振力，一旦其中频率出现了近乎一致的情况，就会出现共振现象，此时噪声污染将会更加严重。依据相关统计数据显示，变频器供电方式的噪声，相对于在正常供电方式噪声加了15 dB左右。

2.4 变频器对于电动机起动和制动的影响

使用变频器给予三相异步电动机供电的时候，电动机可以在低电压低频率的环境下运行，还可以实现便捷的控制和管理，也就是说处于这种情况下，控制方式变得更加快捷。无疑将使得起动和自动次数变多，随着次数的积累，将使得电动机电磁系统处于循环交变的状态，这对于电动机机械结构和绝缘结构来讲，是任务量的增加，这对于起动和自动装置的使用寿命造成了负面影响。

2.5 变频器对于电动机低速运转冷却性的影响

从理论上来讲，假设电源自身频率处于比较低的水平，三相异步电动机的阻抗作用难以发挥出来，电源产生出来的高次谐波会造成功耗损失，并且冷却性也会随着下降。简单来讲，处于这种情况下的电动机，温度将可能急剧升高，给予其性能的有效发挥造成了极大的干扰。

3 如何发挥变频器在三相异步电动机中的积极作用

任何事物都是有着两面性的，变频器对于三相异步电动机来讲，也是一样，存在积极方面的作用，当然也存在消极方面的作用。对于我们来讲，应该在掌握其影响因素的基础上，做到趋利避害。

3.1 多方面采取措施实现变频器谐波的削弱

从某种角度上来讲，削弱变频器谐波是保证三相异步电动机性能发挥的关键所在。对此，我们应该积极做好以下几方面的工作：其一，依据实际情况，在变频器输出侧加装正弦滤波器，以最大化的除掉变频器输出电压和电流中的谐波，使得三相异步电动机定子侧的电流和电压处于接近正弦波的状态下；其二，积极在变频器输出侧设置滤波电抗器，发挥电流补偿作用的同时，发挥一定的滤波功能。

3.2 改善和调整电动机的电磁设计方案

首先，尽量采取措施去降低定子和转子的电阻，使得基波铜损耗量不断降低，使得高次谐波的铜损耗不断增加，并在此基础上使得电动机处于低速状态下的电阻不断降低，使得转矩得以提升；其次，积极从提高变频器输出电压角度出发，以保证三相异步电动机自身主磁路设计的合理性和科学性。

3.3 采取有效措施去处理噪声污染问题

对于噪声问题来讲，我们应该积极做好两个方面的问题：其一，依据实际情况，选择合适的定子和转子槽，发挥其配合作用；其二，积极研究加工技术，使得定子和转子的加工精度不断提升，避免出现过大的缝隙，以实现对于噪声污染的抑制。

4 结语

综上所述，将变频器使用到三相异步电动机中去，的确可以发挥积极方面的作用，同时也存在很多的缺陷和不足。我们应该在全面掌握其性能影响因素的基础上，做到趋利避害，充分发挥变频器在三相异步电动机性能优化方面的作用。

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