变频电动机的选择

    在电动机选择问题上，分两个方面进行讨论：在新设计的系统中，什么类型的电动机是最适当的选择；在改造工程中，什么类型的电动机可以保留使用。    1．新设计系统的电动机选择    通用变频器是针对交流异步电动机设计的，由于变频调速时不再需要考虑改变转子回路电阻，没有必要采用绕线转子异步电动机，而多数通用变频器的预置电动机模型都是4极电动机模型。因此，一般而言．选择4极笼型异步电动机是合适的。    额定频率50Hz的4极电动机，其同步转速是1500r/min，需要靠机械减速机构的减速比设置，使电动机调速范围与工艺需要的调速范围相配合。同步转速是变频调速时恒转矩运行和恒功率运行的转折点，向下调速时，转矩不变，功率与转速成正比，如果调速范围上限低于同步转速，电动机的功率能力将不能充分发挥，也就是电动机需要选择比实际需要的功率大；向上调速时，功率不变，转矩随转速增大而衰减，如果调速范围上限高于同步转速，电动机的转矩输出能力将不能充分发挥，而且在超同步运行段，一些变频器在矢量控制下的运行性能不能达到最佳效果。    因此通过减速比选择，尽量使工艺的调速上限对准电动机同步转速，是最能够充分发挥电动机能力的方式。对于4极电动机，开环U/f控制的调速范围大约为150～1470r/min，无速度传感器矢量控制及直接转矩控制的调速范围大约为60～1500r/min，有速度传感器矢量控制及直接转矩控制的调速范围大约为5～1500r/min，在5r/min以下持续运转时，转速的相对稳定性差，但也能够运行。这些数据可以作为减速比选择的参考依据。    当选择4极电动机配备减速比有困难时，2极、6极和8极电动机也可以选择。    普通笼型电动机是空气自冷式的，外壳冷却依靠端部的风扇叶片，内部空气流通依靠转子两端的风叶，叶片都固定在转子轴上跟随转子转动，随着转子转速降低，端部风扇叶片逐步失去散热能力，转速进一步降低时，内部风叶也失去使空气流通的能力。    因此，对于二次方转矩负载，由于随着转速降低，转矩也降低，发热程度降低，因此使用普通笼型电动机是最佳选择，但建议不要在40%同步转速以下长期运行；对于恒转矩负载，如果满负载长期运行（以连续运行时间超过10min，或断续运行时负载持续率超过40%为准）的转速在60%同步转速以上，使用普通笼型电动机是合适选择；满负载长期运行时的转速在25%～60%同步转速之间，使用带有外部强制风冷的笼型电动机是合适选择，这种电动机也被称为变频专用电动机；如果满负载长期运行的转速达到25%同步转速以下，则应该使用完全的强制冷却笼型电动机．有的厂家称这种电动机为矢量控制变频专用电动机。    当电动机用于超过同步转速运行时，除电磁转矩输出能力因弱磁要降低外，由于转速增加，会增加轴承磨损，离心力增加，需要更高的转子机械强度。因此超同步转速120%以上运行时．应选择增强了机械强度、高速轴承的变频专用电动机，并且运行转速不要超过其说明书提供的转速上限。    再生制动时．直流母线电压会升高，这对电动机绝缘能力有一定要求，不要选择绝缘等级太低的电动机。电压型脉宽调制变频器的du/di比较高，对于电动机绝缘可能产生疲劳性损伤，因此用于变频调速的电动机寿命可能受到影响，运行维护时要注意绝缘检查。    有时，采用同步电动机变顿调速可以取得良好的转速精度，可以考虑选择交流同步电动机。    2．改造工程的电动机保留使用考虑    对于改造工程的变频调速系统，如果能够保留原有电动机继续使用，不仅可以节省电动机投资，还避免了机座号改变带来的基础重新施工等麻烦。那么什么类型的电动机可以保留使用呢？    普通笼型异步电动机在二次方转矩负载应用，以及恒转矩负载下满负载长期运行转速在同步转速的60%以上，并且会出现120%以上超同步运行的情况，可以考虑保留使用。    绕线转子异步电动机，将转子短接后运行特征接近笼型异步电动机，在上述同样的限制条件下可以保留使用。短接转子的方式有两种：在转子内部直接短接三相绕组，优点是绕过了集电环结构，维护变得简单，但短接结构强度要适应离心力情况，并且空间几何布置要对称，以避免影响转子的动态平衡；在接线盒位置短接，优点是施工简单，缺点是原有集电环结构仍然起作用，需要定期维护集电环。综合比较，推荐采用接线盒短接方式。    变极电动机即多速电动机，基本结构属于笼型电动机，在同样的限制条件下，可以保留使用，定子可固定连接为一种极数。若要保留变极方式，变频器容量要按照最大额定电流的接法来选择，电动机的参数要分组保存，并且在变极时自动切换，外部控制功能上则要保证只在电动机停止时改变极数。    在空载起动、负载比较稳定、起动时间没有特殊要求的应用中，同步电动机可以保留作为他控方式运行。此时，变频器应采用U/f控制方式，不能够使用对异步电动机的矢量控制模式，也不能使用转差补偿功能，起动时间设置要长，过渡圆弧时间设置也要长一些，否则起动时容易失步。    专用于同步电动机的矢量控制及自控型同步电动机变频调速控制性能远比他控型开环调速要好，但需要专用型变频器。    对于防爆电动机，变频器本身一般不具备防爆能力，需要安装在非防爆场所，变频器输出电流的载波对于防爆功能略有影响，因此，防爆电动机的防爆等级需要在变频器驱动下重新检测确定，如果仍然符合要求，在满足散热条件和超同步运行限制前提下，可以使用。    锥形转子制动异步电动机（如电动葫芦用电动机）依靠弹簧力自行进行机械制动，运行时靠磁场的轴向分量推离制动位置，为保证必要的初始磁场强度，起动时应该将最低频率设置适当提高，对应最低频率时电压也相应提高，由于无法脱离制动部分进行参数自动辨识运行，因此，建议不要使用矢量控制和直接转矩控制模式。    单相电动机使用的起动辅助措施一般不能适应变频变压的运行条件，因此通用变频器组成的调速系统一般不允许使用单相电动机，否则可能烧毁电动机，适用于单相电动机调速的变频器属于特种变频器。