A diferença entre motores assíncronos comuns e motores de frequência variável

1, Os motores assíncronos comuns são projetados com frequência e tensão constantes e não podem atender totalmente aos requisitos de regulação de velocidade de frequência variável. A seguir está o impacto dos conversores de frequência nos motores.

1. A eficiência e o aumento de temperatura dos motores elétricos
Independentemente do formato do conversor de frequência, ele gera vários graus de tensão e corrente harmônica durante a operação, fazendo com que o motor opere sob tensão e corrente não senoidal. Recusando a introdução de informações, tomando como exemplo o conversor de frequência PWM de onda senoidal comumente usado, seus harmônicos de baixa ordem são basicamente zero, e os componentes harmônicos de alta ordem restantes que são cerca de duas vezes a frequência da portadora são 2u+1 (u é o relação de modulação).
Harmônicos de alta ordem podem causar um aumento na perda de cobre do estator, perda de cobre do rotor (alumínio), perda de ferro e perdas adicionais de motores elétricos, sendo a mais significativa a perda de cobre do rotor (alumínio). Como os motores assíncronos giram em velocidades síncronas próximas à frequência fundamental, tensões harmônicas de alta ordem podem causar perdas significativas no rotor ao cortar as barras do rotor com grande escorregamento. Além disso, também é necessário considerar o consumo adicional de cobre causado pelo efeito pelicular. Essas perdas farão com que o motor gere calor adicional, reduza a eficiência e a potência de saída. Por exemplo, se um motor assíncrono trifásico regular é operado em uma saída de fonte de alimentação não senoidal por um conversor de frequência, seu aumento de temperatura geralmente aumenta em 10% -20%.

2. Questão de resistência de isolamento de motores elétricos
Atualmente, muitos conversores de frequência de pequeno e médio porte adotam o método de controle PWM. Sua frequência portadora é de cerca de vários milhares a dezenas de quilohertz, o que exige que o enrolamento do estator do motor suporte uma alta taxa de aumento de tensão, equivalente à aplicação de uma tensão de impulso acentuada ao motor, fazendo com que o isolamento entre espiras do motor suporte mais teste severo. Além disso, a tensão de impulso de corte retangular gerada pelos conversores de frequência PWM sobreposta à tensão operacional do motor representa uma ameaça ao isolamento do aterramento do motor, e o isolamento do aterramento acelerará o envelhecimento sob repetidos impactos de alta tensão.

3. Ruído e vibração eletromagnética harmônica
Quando um motor assíncrono comum é alimentado por um conversor de frequência, ele tornará mais complexa a vibração e o ruído causados ​​por fatores eletromagnéticos, mecânicos, de ventilação e outros. Os diversos harmônicos de tempo contidos na fonte de alimentação de frequência variável interferem nos harmônicos espaciais inerentes da parte eletromagnética do motor, formando diversas forças de excitação eletromagnética. Quando a frequência das ondas de força eletromagnética for consistente ou próxima da frequência natural de vibração do corpo do motor, ocorrerá um fenômeno de ressonância, aumentando assim o ruído. Devido à ampla faixa de frequência operacional e à grande faixa de variação de velocidade dos motores elétricos, é difícil que as frequências de várias ondas eletromagnéticas evitem as frequências naturais de vibração de vários componentes do motor.

4. A adaptabilidade dos motores elétricos a partidas e frenagens frequentes
Devido ao uso de um conversor de frequência para alimentação de energia, o motor pode dar partida em frequência e tensão muito baixas sem corrente de impulso, e vários métodos de frenagem fornecidos pelo conversor de frequência podem ser usados ​​para frenagem rápida, criando condições para partida e frenagem frequentes . Portanto, os sistemas mecânicos e eletromagnéticos do motor estão sujeitos a forças alternadas cíclicas, o que traz fadiga e problemas de envelhecimento acelerado às estruturas mecânicas e de isolamento.

5. Problemas de resfriamento em baixas velocidades
Em primeiro lugar, a impedância dos motores assíncronos não é ideal e, quando a frequência da fonte de alimentação é baixa, as perdas causadas por harmônicos de ordem superior na fonte de alimentação são maiores. Em segundo lugar, quando a velocidade de um motor assíncrono comum diminui novamente, o volume de ar de resfriamento diminui proporcionalmente à potência cúbica da velocidade, resultando em uma deterioração da condição de resfriamento de baixa velocidade do motor, um aumento acentuado no aumento da temperatura, e dificuldade em alcançar uma saída de torque constante.

2, As características dos motores de frequência variável

1. Projeto eletromagnético
Para motores assíncronos comuns, os principais parâmetros de desempenho considerados no projeto são capacidade de sobrecarga, desempenho de partida, eficiência e fator de potência. Quanto aos motores de frequência variável, como a taxa crítica de escorregamento é inversamente proporcional à frequência de potência, eles podem ser acionados diretamente quando a taxa crítica de escorregamento estiver próxima de 1. Portanto, a capacidade de sobrecarga e o desempenho de partida não precisam mais ser considerados demais. O principal problema a ser resolvido é como melhorar a adaptabilidade do motor a fontes de energia não senoidais. A abordagem geral é a seguinte: 1) Minimize ao máximo a resistência do estator e do rotor.
A redução da resistência do estator pode reduzir a perda fundamental de cobre para compensar o aumento na perda de cobre causada por harmônicos de alta ordem
2) Para suprimir harmônicos de alta ordem na corrente, é necessário aumentar a indutância do motor de forma adequada. Mas a ranhura do rotor tem uma impedância de vazamento maior e seu efeito pelicular também é grande, e a perda de cobre de harmônicos de alta ordem também é aumentada. Portanto, a magnitude da reatância de fuga do motor deve levar em consideração a racionalidade do casamento de impedâncias em toda a faixa de velocidade.
3) O circuito magnético principal de um motor de frequência variável é geralmente projetado para estar em estado insaturado. Uma é considerar que harmônicos mais altos aprofundarão a saturação do circuito magnético e a outra é considerar o aumento adequado da tensão de saída do conversor de frequência para aumentar o torque de saída em baixas frequências.
2. Projeto estrutural
Ao projetar a estrutura, a principal consideração é também o impacto das características da fonte de alimentação não senoidal na estrutura de isolamento, vibração, método de resfriamento de ruído e outros aspectos do motor de frequência variável. Geralmente, as seguintes questões devem ser observadas:
1) O nível de isolamento é geralmente F ou superior, e a resistência do isolamento do aterramento e do isolamento do fio deve ser reforçada, especialmente considerando a capacidade do isolamento de suportar tensão de impulso.
2) Para as questões de vibração e ruído do motor, deve-se dar plena consideração à rigidez dos componentes do motor e à estrutura geral, e devem ser feitos esforços para aumentar sua frequência natural para evitar ressonância com várias ondas de força.
3) Método de resfriamento: Geralmente é utilizado resfriamento por ventilação forçada, ou seja, o ventilador de resfriamento do motor principal é acionado por um motor independente.
4) Para evitar corrente no eixo, medidas de isolamento dos mancais devem ser adotadas para motores com capacidade superior a 160KW. Principalmente, é propenso à assimetria do circuito magnético e também gera corrente no eixo. Quando as correntes geradas por outros componentes de alta frequência se combinam, a corrente do eixo aumentará significativamente, causando danos ao rolamento. Portanto, geralmente devem ser tomadas medidas de isolamento.
5) Para motores de frequência variável de potência constante, quando a velocidade exceder 3.000/min, deve-se usar graxa lubrificante especial resistente a altas temperaturas para compensar o aumento de temperatura dos rolamentos.

Motor Síncrono:
1, recursos:
1. O fator de potência é avançado, geralmente avaliado em 0.9, o que é benéfico para melhorar o fator de potência da rede elétrica e aumentar sua capacidade.
2. A estabilidade da operação é alta. Quando a tensão da rede cai repentinamente para 80% do valor nominal, o sistema de excitação geralmente pode ajustar e implementar automaticamente a excitação forçada para garantir a operação estável do motor.
3. A capacidade de sobrecarga é maior que a do motor assíncrono correspondente.
4. Alta eficiência operacional, especialmente para motores assíncronos de baixa velocidade.

2, Método inicial
1. Método de partida assíncrona, na maioria dos motores síncronos, um enrolamento de partida semelhante ao enrolamento de gaiola dos motores assíncronos é instalado no rotor. O circuito de reexcitação é conectado em série com uma resistência adicional de cerca de 10 vezes o valor da resistência do enrolamento de excitação para formar um circuito fechado. O estator do motor síncrono é conectado diretamente à rede elétrica e acionado como motor assíncrono. Quando a velocidade atinge a velocidade subsíncrona (95%), a resistência adicional é cortada.
2. A partida em frequência variável, começando com um conversor de frequência, não será repetida.

3, Aplicação
Aqueles que trabalharam como técnicos de economia de energia em campos de petróleo sabem que devido ao alto torque de partida necessário para o motor da unidade de bombeamento de óleo, os engenheiros geralmente projetam o motor para ser muito grande, o que leva ao fenômeno de "cavalo grande puxando carro pequeno ". Por exemplo, depois de ajustar o bloco de equilíbrio de um motor de unidade de bombeamento de óleo de 55KW, sua potência ativa real é geralmente em torno de dez quilowatts, às vezes até pequena. Já fiz essa transformação antes, trocando o motor assíncrono de 55KW da unidade de bombeamento por um motor síncrono de 22KW e depois usando um conversor de frequência para controle. Claro, também pode ser controlado automaticamente com base no volume de descarga ou em outros sinais. A taxa de economia de energia pode chegar a 40%.
Portanto, motores assíncronos, motores síncronos e motores de frequência variável possuem características próprias, dependendo principalmente do ambiente operacional que você controla. É claro que, de acordo com o custo de engenharia, os motores assíncronos devem ser utilizados tanto quanto possível.