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变频器供电要求下感到电动机的温升题目解析

  为俭仆能源和改正工艺节制,越来越众的工业历程愚弄变频器来普及出产编制的归纳效劳。变频器输出的pwm脉冲电压谐波因素充裕、脉冲频率高且上升沿陡直,这种情状与用50hz的调换正弦波驱动电动机的情状大纷歧样,正在能量转换历程中,电动机内部将弗成避免地发作损耗,使电动机的温度升高。当温升突出最高容许事情温度时,电动机的运用寿命将大幅缩短。为此,切磋电动机的温升题目及其缓解对策是万分苛重的。其余,因为电机组织庞大,散热条目差异,电机内部各个一面的温度散布和温升也不所有一样,然而目前却很少有全部的数据原料可供参考。

  本文起初先容电动机的温升节制,然后通过试验数据和道理了解相连合的步骤阐发变频器供电条目下电动机的温升题目,进而先容缓解温升的对策。

  电动机中常用的绝缘质料,按其耐热才力,分为a、e、b、f和h等五级。a级绝缘采用经历浸渍或运用时浸于油中的棉纱、丝和纸等有机质料,e级绝缘是聚脂树脂、环氧树脂及三醋酸纤维等制成的绝缘薄膜,b、f、h级绝缘的基础质料均为云母、石棉及玻璃纤维,但浸渍用漆的耐热功能差异。外1列出各级绝缘的最高容许事情温度。

  上述耐热才力是指能够长久正在该温度下运用。当事情温度突出最高容许事情温度时,运用寿命将赶速缩短。试验证据,对a级绝缘,若不断处于90~95℃时,其运用寿命可达20年;当事情温度正在95℃以上时,温度每增高8℃,绝缘的运用寿命就将裁减一半(俗称8℃定理);比如不断事情正在110℃,寿命就惟有4~5年。

  寻常电动机众用e级和b级绝缘。条件正在高温景象下运用的电动机,如起重及冶金用电动机,常采用f级和h级绝缘。

  电动机某一一面的温度和周遭冷却介质的温度之差称为该部件的温升,寻常用示意。当该一面所用绝缘质料确定后,部件的最高容许事情温度就确定了,此时温升节制就取决于冷却介质的温度。冷却介质的温度越高,容许的温升就越低。

  商量到天下各区域和各个季候境况温度的变动较大,邦度尺度gb755-87(电动机基础时间条件)昭着规则,正在海拔1000m以下时,境况气氛温度规则为40℃,当最高境况温度比40℃越过t0时(t0不突出20℃),温升节制应相应地减低t0;如低于40℃时,温升节制寻常支持原值稳定。当海拔正在1000m以上,但不突出4000m时,温升节制按试验和运用所在的海拔分别举行校正。

  电动机试制今后,须举行温升试验以确定原来践温升。因为差异的衡量步骤获得的衡量结果差异,于是正在规则温升节制的同时,还应规则测温步骤。常用的衡量步骤有三种:温度计法、电阻法和埋置检温计法。邦标中所规则的部件容许最高温度,也因衡量步骤差异而差异。比如境况气氛温度为40℃时,采用b级绝缘的5000kw以下的调换电动机的调换绕组,其温升节制规则为:电阻法80℃;检温计法90℃;加上境况温度后,其值低于或等于b级质料的容许事情温度。

  看待变频器供电电动机而言,因为高次谐波的存正在,电机内部会发作以下附加损耗:

  (4)三相异步电动机正在高频下运转时,集肤效应使转子电阻扩充导致转差铜耗明显扩充。

  另一方面,看待平凡尺度电动机而言,冷却电扇直接装置正在转子轴上,电动机低频运转时冷却效益大幅低重,更会加剧电动机温升的普及。平日电动机温升同冷却风量发作的冷却效益的合联为:

  式中,q为冷却风量,n为电动机转速。倘使电动机发作的损耗稳定,温升同转速的0.4~0.5次方成反比。

  总之,电动机稀少是平凡电动机正在采用变频器供电时,因为发烧和散热两方面身分会以致电动机温升增大。电动机温升增大影响绕组的运用寿命,限度电动机的输出,紧要的以至会废弃电动机。

  文献[1]先容的实践衡量温升的实行结果,看待清楚电动机的温度散布秩序稀少是变频电源对电动机温升的影响万分有效。以一台三相4极230v,2.2kw的笼型觉得电动机为实行对象,分辩采用规范的spwm变频器(运转正在50hz)和工频正弦供电,将电机温升情形作比拟。采用特意的打算和创设步骤,正在电动机体内(定子、转子、气隙、壳体)安设或埋置了20个热敏电阻传感器(功能太平、精度高),个中三个传感器安插正在转子中。定子端部绕组传感器位于定子绕组的径向核心地方(地方1、地方10),寻常地,取轴伸端和电扇端的两个传感器的温度均匀值行为最终温度。

  壳内空间气隙:8(轴伸侧),19(轴伸侧贴近定子绕组),20(电扇侧);电动机壳体:6。

  工频正弦和变频电源供电的情形下,每一个温度点都衡量大宗的数据,由最小二乘法获得该点的温度弧线所示是满载条目下,由变频器和正弦电源分辩供电时对应各衡量点的温度弧线所示是变频器供电电动机正在差异负荷条目下的温度弧线所示是正弦波供电时差异负载条目下的温度弧线图。

  显而易睹,正在变频器和正弦电源供电条目下,温度弧线具有一样的上升趋向。由变频器谐波惹起的附加温升较大,定子侧为7℃掌握(地方1),转子侧大约为15℃(地方13)。看待组织质料好似的其他容量的觉得电动机,上述结果同样实用。其它,电动机各部位温度散布不同很大,定子端部绕组(地方1)的温度低于定子核心(地方17)温度,这是由于定子端部绕组冷却条目对比好;同时因为电扇的冷却用意,电扇侧的定子端部绕组(地方10)温度和壳内空间气隙(地方20)温度均低于相应轴伸侧的定子端部绕组(地方1)温度和壳内气隙(地方8)温度。因为热量传达的庞大性以及冷却条目的纷歧律,温度和损耗的合联瑕瑜线性的。

  看待平方转矩负载而言,低速运转时负载转矩减小,电动机铜耗和发烧量消重,固然低速时冷却才力消重(如采用自冷式或自扇冷式),但电动机温升增大的不会太众。看待恒转矩负载而言,低速运转时负载转矩稳定,电动机铜耗和发烧量并不比高速运转时小,而低速时冷却才力却消重了,于是电动机温升将会有较大的增大,运用时要稀少留神。

  外2给出了变频器供电条目下y100i2-4型自扇冷式电动机的转速对温升的影响实测的数据。

  由上外中能够看出变频调速时,固然电动机的转矩、输出功率都随频率的低重而消重(即发烧量减小),但电动机的温度却升高了,稀少是电动机运转正在30hz以下时,温升加倍紧要。于是可睹,电动机变频运转后其温升扩充简直是弗成避免的,稀少是平凡电动机低速运转时,极易发作过热景色。为此,清楚电动机的温升缓解步骤是万分苛重的。

  温升是影响电动机运用寿命的合头身分,电动机温升的“8℃定理”即是这一主张的佐证。如前所述,电动机正在变频器供电时的温升会比工频电源时有显明扩充,寻常地,电机运转频率越低温升越高。确凿需求选取步骤,限度或缓解电动机温升的扩充,保障修立安静运转。

  正在电动机选定的条目下,限度或缓解电动机温升无非有两个方面,一是合理地裁减损耗,即消重发烧量;再即是改正冷却条目,使热能有用地散逸出去。

  (1)选取各类抑止谐波的步骤,比如正在变频器的输出侧加装滤波器,以改正输出谐波功能,裁减因为高次谐波惹起的附加损耗。

  (2)合理调试“载波频率”参数,改正谐波功能,减小电动机的各类损耗。寻常以为载波频率适度普及,高次谐波含量将消重,电机损耗小。可是务必留神:载波频率过高将加剧电动机的挫折电压,对电动机绝缘晦气,并且变频器本身的损耗要增大,于是载波频率的成立也不宜过高。

  (3)看待减负载景象或电动机轻载运转情状,适度减低变频器输出电压,即减小u/f给定。

  图5示出变频供电时(变频器容量与电机容量的组合为1∶1)电动机容许的延续运转转矩和短时最大转矩性子的一例。这些性子随电机的品种、组织等的差异而差异,周密情形需求按照各厂家供给的原料举行切磋。

  图5中,容许延续运转转矩示意通用电机延续运转时,能够将电机温升限度正在规则值以内的容许转矩值。如用220v、60hz电源以20hz的速率延续运转电机时,倘使负载转矩正在电机额定值的80%以内,则能够使电机的温升不突出规则值。最大转矩示意通用电机用变频器传动时电性能够发作的最大转矩值。以此转矩值不行延续运转,所认为短时定额。

  其它,倘使出产工艺答允,限度电动机运转的最低频率,保障自扇冷式电动机正在低速时的冷却才力,也是一种单纯有用的步骤。

  值得指出的是,目前大宗运用的平凡中小型调换电动机都是按恒频/恒压(50hz/380v)打算的,为了消重本钱这些电动机都是自带电扇型冷却的,冷却风量也是基础按电动机额定速率打算的,较少商量电动机调速(降速)后,自扇冷式电动机的散热才力低重的题目。正在变频器普及行使的这日,这种电动机实践上一经不行符合变频调速的条件,变频电动机是理念的采用之一。比拟平凡调换电动机,目前变频电动机价钱腾贵,很众企业难以继承。改制中小型电动机冷却方法,即采用他扇冷式这种以往众用于大型电动机的冷却方法,是一种单纯有用且价廉物美的计划。

  行使通用变频器改制旧有的平凡异步机恒速编制时,加倍该当留神以下几点题目。看待平方转矩负载(如风机、水泵)寻常直接选用容量合意的变频器即可;可是看待恒转矩负载应留神实测或估算电动机长久运转的频率,判明电动机实践功耗与电动机余量。看待调速边界对比宽的电动机,稀少是具有恒转矩调速和恒功率调速两个运转边界的电动机,不行采用自扇冷式电动机,这种方法对高速和低速都晦气,低速时冷却效益差,高速时冷却才力过剩使编制效劳低重。

  本文切磋了变频器供电条目下觉得电动机的温升题目,了解了因为电动机的损耗和散热题目所惹起的电动机温升增大的出处,并通过试验数据翔实的阐发电动机的温度散布秩序和变频电源对电机温升的影响,提出了裁减损耗和改正散热方面的全部步骤,为处分电动机温升题目供给了参考。

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