变频调速时对电机产生的影响

    调速电机就其设计初衷而言是专为交流调速而用的，但是变频调速的兴起最直接的原因
就是普通异步电机简单的结构、低廉的成本和方便的调速。如果说变频调速必须要配用变频
专用电机的话，那么就产生了一个矛盾，变频调速固有的简单、坚固、耐用性不是没有了吗？
所以本文就此问题对变频调速专用电机及其应用范围和在造纸机上的应用等问题做一讨论。

 

变频调速时对电机及其效能产生的影响变频调速不论采用什么样的控制方法其输出到电机
端上的电压脉冲是非正弦的。所以普通异步电机在非正弦波下的运行特性分析就是变频调速
时对电机产生的影响。
    主要有以下几个方面：
    电机的损耗和效率非正弦电源下运行的电机，除了基波产生的正常损耗外，还将出现许
多附加损耗。主要表现在定子铜损、转子铜损和铁损的增加，从而影响电机的效率。

 

    1、定子铜损在定子绕组中出现的谐波电流使 I2R 及增加。当忽略集肤效应时，非正弦电流
下的定子铜损与总电流有效值的平方成比例。如定子相数为

m1，每相定子电阻为及 R1，则

总的定子铜损

P1 为 把包括基波电流在内的总定子电流有效值 Irms 代入上式，可得 式中的

第二项代表谐波损耗。通过实验发现，由于谐波电流的存在和与之相应的漏磁通的出现，使
漏磁通的磁路饱和程度增加，因而励磁电流增大，从而使电流的基波成分也加大。
    2、转子铜损在谐波的频率下，一般可以认为定子绕组的电阻为常数，但对于异步电机的
转子，其交流电阻却因集肤效应而大大增加。特别是深槽的笼形转子尤为严重。正弦波电源
下的同步电机或磁阻电机，由于定子空间谐波磁势很小。在转子表面绕组中引起的损耗可忽
略不计。当同步电机在非正弦电源下运行时．时间谐波磁势感应出转子谐波电流，就像接近
其基波同步转速运行的异步电机那样。
    反向旋转的 5 次谐波磁势和正向旋转的 7 次谐波磁势都将感应出 6 倍于基波频率的转子
电流，在基波频率为

50Hz 时，转子电流频率为 300Hz。同样，第 11 次和第 13 次谐波感应

出

12 倍于基波频率，即 600HZ 的转子电流。在这些频率下，转子的实际交流电阻远远大于

直流电阻。转子电阻实际增大多少取决于导体截面和布置导体的转子槽的几何形状。通常的
长宽比为

4 左右的铜导体，在 50Hz 时交流电阻与直流电阻之比为 1.56，在 300Hz 时比值约

为

2.6；600Hz 时比值约为 3.7。频率更高时，此比值随频率的平方根成比例增加。

    3、谐波铁损电机中的铁心损耗也由于电源电压中出现谐波而增大；定子电流的各次谐波
在气隙间建立了时间谐波磁动势。气隙中任何一点的总磁势是基波和时间谐波磁势的合成。
对于一个三相

6 阶梯电压波形，气隙中的磁密峰值比基波值约大 10％，但是由时间谐波磁

通引起的铁损的增加是很小的。对于端部漏磁通和斜槽漏磁通产生的杂散损耗，在谐波频率
作用下将有所增加，这一点在非正弦供电时必须考虑：端部漏磁效应在定子和转子绕组中
都存在，主要是漏磁通进入端板引起的涡流损耗。由于定子磁势和转子磁势间相位差的变化，
在斜槽结构中产生斜槽漏磁通，其磁势在端部最大，在定转子铁心及齿中产生损耗。

 

    4、电机效率谐波损耗的大小明显地决定于外加电压的谐波含量。谐波分量大，电机损耗增
加，效率降低。但是大多数静止逆变器不产生低于

5 次的谐波，而高次谐波的幅值较小。这

种波形的电压对电机效率降低并不严重。对中等容量的异步电机进行计算和对比试验表明，
其满载有效电流比基波值约增加

4％。如果忽略集肤效应，则电机的铜损与总有效电流的平

方成比例，谐波铜损为基波损耗的

8％。考虑到由于集肤效应使转子电阻平均可增大 3 倍，