定频电机做变频电机使用的缺点和危害

张晓明

【摘 要】本文简单介绍了定频电机和变频电机的设计特点，并根据两种电机的特点的分析了定频电机做变频电机使用的缺点和危害。

【关键词】定频电机；变频电机；绝缘系统；性能

随着电力电子技术、工业自动化的发展，人们对变频节能意识的提高，变频电机日益广的使用在空压机，风机水泵，矿业，纺织等各个行业。但在现实生活中，为了节约资金，经常出现用定频电机代替变频电机使用的情况。本文简单介绍了定频电机和变频电机的设计特点，并根据两种电机的特点分析了定频电机做变频电机使用的缺点和危害。

1 定频电机的设计特点

1）以市场固定的电压和频率为基础，一般为380V，50Hz，考虑电压波动±10%，频率波动±2%。

2）定子采用标准的电磁线和绝缘系统，一般有B级，F级和H级之分。

3）散热采用自冷风扇，电机轴尾端安装一个风扇，电机运转时风扇随电机轴一起转动到达散热目的。

4）大多电机采用角型接法，通过星-三角转换降低相电压启动，以降低启动电流。

5）为达到良好的启动性能，转子槽型多采用凸型槽、刀型槽或双笼槽。

6）定频电机一般不考虑轴电流的影响。

2 变频电机的设计特点

1）变频电机设计时以额定电压和额定频率为基础兼顾变频调速范围，并考虑变频器引起的电压降低情况。

2）定子采用能承受变频供电浪涌电压反复冲击的绝缘系统，一般采用抗电晕电磁线，并采用VPI真空浸漆工艺。

3）散热采用独立的冷却风机，有单独电源控制。在低转速运行时，风量恒定；在电机高转速运转时，噪声不增加。

4）变频电机采用变频器直接启动，一般直接采用星形接法，避免角接产生的环流对电机性能的影响。

5）变频电机不必考虑启动性能，考虑集肤效应对转子运行电阻增加，铜耗增大的影响，一般采用上宽下窄，槽深较小的闭口转子槽型。

6）在设计时考虑考虑轴电压和轴电流对电机轴承的损害，制定消除轴电流的措施，比如：采用绝缘轴承、轴承室喷涂绝缘层、安装接地电刷等。

3 定频电机做变频电机使用时的缺点和危害

3.1 对绝缘系统的危害

定频电机的电磁线采用标准的漆包圆铜线上的双层涂膜结构不能长期承受变频器浪涌电压的反复冲击，在高频电压的冲击下漆膜易变脆破裂引起匝间、对地、甚至烧包现象。

3.2 变频供电对性能影响

变频供电时，由于高次谐波的存在，电机内部会产生各种附加损耗，包括定子和转子的附加铜损耗、定子附加铁耗、附加杂散损耗；且在高频下运行时，集肤效应使转子电阻增加导致转差铜耗显著增加，变频供电带来的各种损耗致使电动机温升增大，效率降低。

3.3 低速运行时的缺点

普通异步电动机在低转速运行时，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急剧变差，温升急剧增加，导致定频电机在低转速不能长时间恒转矩运行，只能短时恒转矩运转或降低转矩运行。定频电机做变频电机在低转速使用时因磁场过饱和，激磁电流增大，引起过载能力不足。

3.4 高速运行时的缺点

定频电机没有考虑高速运转结构强度情况，在高速运转时，可能出现因整体强度不足产生较大的振动，高速运转产生的离心力易引起轴弯曲变形或转子扫膛现象。定频电机在高速运转时，自冷风扇的转速随电机转速的提高而提高，噪声随之飙升，并可能出现风扇因强度不足而损坏的情况。

3.5 接法对电机性能的影响

定频电机一般采用角型接法，相比变频电机星形接法相电压增大1.73倍，对电机的绕组绝缘不利；变频电机采用星形接法在每相感应电动势中三次及三的倍数次谐波不会形成环流，而工频电机的角型接法中产生三次及三的倍数次谐波形成环流，对电机绕组带来了额外的损耗，使电机的效率下降，温升提高。

3.6 轴电流的危害

定频电机没有考虑轴电流的影响，没有制定相应的措施，在变频供电的高次谐波的影响下，轴电压和轴电流会比工频正弦供电时要大20%-50%轴电压，且轴电压和轴电流随着电机频率的增加而增大，当轴和轴承之间的轴电压超过了允许值时，油膜或润滑脂因轴电流通入使之遭到破坏，最终放电使轴损坏和轴承失效。

4 结论

定频电机和变频电机有各自的设计特点和使用场合，采用定频电机做变频电机使用，虽然可以调速运转，但具有一定的缺陷和风险。建议变频工况时采用专用的变频电机。

【参考文献】

[1]上海电器科学研究所.中小型电机设计手册[M].北京机械工业出版社，1982.

[2]施凉奎.变频调速电动机参数变化和设计[J].电机技术，1996.

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[4]叶剑秋.变频调速感应电动机转子槽型优化设计[J].微特电机，1999.

[责任编辑：侯天宇]