变频器对电机的影响与存在问题

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。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、转子铜耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜耗；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，如将普通电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。它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，这些冲击电压不但峰值高而且出的频率高，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

　　普通电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.轴电压的增加

　　轴电压是指两个轴端的电压或轴与轴之间的电压，对于变频供电的电动机，通常加在电动机上的各相电压是平衡的，然而由于各相整流元件和控制元件特性的差异，可能出现某瞬间的电压失衡现象，在轴上产生较大的轴电压；再加上转子上的谐波电压会以轴承油膜为介质形成一个对地电容，从而产生一容性电流；电流通过轴和轴瓦之间的油膜流动，若达到临界润滑状态，油膜将被破坏，会有很大的电流流过油膜，从而缩短轴承寿命或损坏轴承合金，发生事故。

　　5.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。

　　6.低转速时的冷却问题

　　首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较低时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通电机在转速降低时，电流和磁通都基本保持不便，但冷却风量却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。

普通电机当变频专用电机用存在的问题

　　工厂有很多时候是用普通电机当做变频专用电机来使用的，但是由于普通电机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，性能没有变频专用电机好，频率太高或太低都会运行不稳定，在低频下转矩波动很大。普通电机设计转速是很高的，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大，致使电动机温升增大；另外低频时它自带的风扇不足以冷却自身，更会加剧电动机温升的提高；电动机温升增大会影响绕组的使用寿命，限制电动机的输出，严重的甚至会烧毁电动机。

高压变频器行业的发展

      由于国家宏观政策的引导，凭借先天的节能优势，一场高压变频器节能的盛宴已经拉开了序幕，而巨大的市场机会也必将吸引更多资本和企业的关注和进入，带来更加激烈的竞争。

      对于行业今后的发展，企业需要继续大力推进产品自主创新，努力打造企业品牌，树立诚实守信形象，维护正常的行业竞争秩序。同时也为行业发展提出四点建议：

      一是加强中国变频器行业协会作用。通过组织和举办行业发展研讨会等方式，统一行业企业认识，避免行业出现恶性价格竞争情况;出面协调行业企业与政府、社会、上下游客户的相互关系，积极协助政府落实有关节能降耗政策。

      二是以人为本。随着新产品的开发和应用拓宽进程的加速，人才的培养和补充成为未来行业能否维持高速成长的关键。变频器企业在培养和尊重人才的同时，在使用及留住人才方面，应避免无序竞争，树立行业全局意识。

      三是企业要大力发展推进产业结构和产品结构的调整，依靠科技进步，努力转变经济增长方式。健全和完善销售服务体系，提高企业整体服务水平。构建细化产业发展战略联盟，鼓励产业集中向优势企业转移。

      四是大力加强国家及行业标准化工作的开展。现有涉及变频调速设备的3个标准都是以大的传动设备系统出现，变频调速设备只是作为一个部件。因此，目前变频调速设备还没有独立可执行的生产、检测、验收等方面的标准。

电机市场发展新趋势的重点是节能

      随着节能成为全球范围关注的焦点，电机设计的能效也日益成为一个引人关注的问题。电机驱动产品不断配合行业发展的趋势，帮助设计人员提升能效、降低能耗、提高可靠性、减少元件数量等等，在实现节能方面发挥着积极的作用。

      节能不仅是节省能源、保护环境，更应该提高效率、增加产出，从而提高城市舒适度、科技创新和人们的幸福感。

电机市场发展趋势

      历经百年的发展，电机的应用领域已非常广泛。安森美半导体的电机驱动产品覆盖的汽车及工业等领域的应用，正是电机市场主要趋势的一个缩影。

      首先是汽车电气化的趋势，即汽车制造商用集成的高能效电机替代传统内燃引擎动力，通常是用无刷直流(BLDC)电机替代皮带和齿轮驱动，用于引擎盖下的辅助元件，如泵、阀、供暖及空调、风扇等。由于BLDC电机具有相当优异的性能，也开始进入传统上采用有刷直流(BDC)电机方案的其他应用。

       另一个趋势是应用装配率的提升增加了电机的安装数量，如电机化供暖通风空调(HVAC)气瓣控制(主要用于有刷直流及单极步进电机)也开始应用于较低端汽车的HVAC系统。

      BLDC电机在工业及电信中的应用也越来越普遍。典型应用包括风扇、鼓风机、泵及压缩机。BLDC电机的能效比交流电机或开关磁阻电机更高。BLDC电机能实现低成本变速应用，特别是用于集成了无传感器换相算法，从而能够省却外部传感器。

节能趋势对电机驱动应用的新要求

      能源成本通常是电机整个寿命周期成本最主要的部分。因此，采用更高效的电机可以节约大量能源。

      节能趋势对电机驱动的新要求包括几个方面，其一，能效是由所选择的电机技术及电机结构决定的，因此要求选择能将电能转换为机械能的比例提升至最高的电机。其次，要选择可以将驱动器的功耗降至最低并提高能效的驱动电路。其三，要通过提升电机驱动智能来实现优化的能耗方案。

      此外，一些应用还要求系统中不使用有刷电机(使用步进或无刷直流电机);而使用无传感器换相(不使用电位计或霍尔传感器反馈)、嵌入运动控制算法(用于低动力应用)，将能效提到最高，降低可听噪声，改善电磁干扰(EMC)性能等。另外，还有一些应用需要将驱动电路与电机紧邻布设在机电致动器上，并通过总线 (LIN、I2C等)连接至中央控制单元。

建筑中央空调节能减排市场巨大

      国家对节能减排的大力推进，别墅用中央空调是当前到2015年节能服务行业发展的巨大力量。节能服务在建筑、交通、空调、注塑机等多个领域内市场空间巨大，建筑中仅中央空调系统就占到建筑能耗的40%左右。据相关了解，中央空调在我国公共建筑逐渐普及，如果从定位、设计、产品配置、项目施工到后期的服务、设计系统解决方案等全部环节做到有效结合，中央空调为人居、为公共环境提供节能舒适体验的同时，也必然跟随了建筑节能化的时代潮流。

      如今，中小型商用空调在高端住宅领域的迅速普及，未来商用空调的技术必定达到一个新高点。目前中国商用中央空调的使用率占用空调行业的45%，由此可见，我国商用空调依然保持着强劲势头，市场前景广阔，也是暖通市场中很有潜力的市场之一。纵观市场，中央空调的市场格局还是商用为主，全国目前有近5亿平米的大型公共建筑采用大型商用空调。预计到2015年末，建筑节能的市场规模将达到600亿元，中央空调节能的市场规模将达到240亿元。

      多位相关部门人士近日表示，“十二五”期间，公共建筑被确定为节能降耗主要领域。据了解，按照近日公布的《财政部、住房城乡建设部关于进一步推进公共建筑节能工作的通知》要求，国家将启动一批公共建筑节能改造重点城市。

      住建部目前已初步确定全国近40座城市作为“十二五”期间公共建筑节能改造重点城市，要求每个城市未来两年内完成改造建筑面积不少于400万平方米。据中国节能协会节能服务专委会计，目前全国既有建筑面积为430亿平方米，其中公共建筑面积占一半以上，节能达标率均不足10%。如果以每平方米建筑的改造成本2500元到3000元计算，公共建筑节能市场规模可达50万亿元左右。在住建部此次初步确定的近40座公共建筑节能改造重点城市中，以每座重点城市未来两年公共建筑节能改造项目面积400万平方米计算，市场规模可能在4000亿元左右。建筑节能改造主要方面有：改善建筑物的外围护结构、改福利供暖为按户计量收费、采暖热源节能改造、空调冷源节能改造、供暖管网节能改造、使用新热源。