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隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，國內(nèi)的變頻器廠家都在開始大力推進(jìn)變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展，尤其是在采用多級PWM技術(shù)后，完成了利用IGBT的導(dǎo)通和阻斷，能夠?qū)C電壓變?yōu)榫哂幸欢ㄐ螤畹拿}沖串(文末解釋)，通過控制脈沖寬度和脈沖串周期，達(dá)到調(diào)壓變頻的目的。雖然現(xiàn)代變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)使輸入電流基本為正弦波，減少了高次諧波電流對供電質(zhì)量的污染；輸出電壓波形實(shí)現(xiàn)了分段輸出近似正弦波形，保護(hù)了高壓電機(jī)的繞組絕緣。
但從其變頻調(diào)速系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的分析研究來看，變頻調(diào)速裝置應(yīng)用于現(xiàn)代交流電機(jī)的設(shè)計仍有其特殊性和要求，這也是設(shè)計人員必須認(rèn)真研究和考慮的問題。
新型變頻調(diào)速系統(tǒng)對交流電機(jī)設(shè)計的特殊要求
(1)變頻調(diào)速裝置輸出電源的電壓波形雖然基本上類似于正弦波形，但仍含有高次諧波成分，會引起電機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩波動，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩。這將改變軸系的扭轉(zhuǎn)共振頻率。當(dāng)這種轉(zhuǎn)矩波動的頻率與軸系機(jī)械系統(tǒng)的固有轉(zhuǎn)動頻率接近或一致時，就會導(dǎo)致共振現(xiàn)象的突然發(fā)生，必將使振動轉(zhuǎn)矩成倍增加。嚴(yán)重時會導(dǎo)致電機(jī)和被驅(qū)動的機(jī)械設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。
實(shí)踐證明，高次諧波分量引起的脈動轉(zhuǎn)矩還會增強(qiáng)電機(jī)通風(fēng)冷卻風(fēng)扇和葉片承受振蕩的強(qiáng)度。同時，在設(shè)計中必須相應(yīng)增加轉(zhuǎn)子阻尼繞組的籠條和端環(huán)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和阻尼效果。
(2)在變頻調(diào)速過程中，設(shè)計者必須仔細(xì)考慮變頻調(diào)速控制系統(tǒng)必然對電機(jī)整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的疲勞應(yīng)變和沖擊過渡力矩，特別是對高壓大功率電機(jī)繞組的主絕緣和繞組線圈端部的綁扎緊固方式采取了更有效的技術(shù)措施。而且從電機(jī)設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展來看，更有效地消除繞組線圈端部的磁共振頻率，仍然是現(xiàn)代電機(jī)產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計的重要技術(shù)課題。
(3)頻繁的變頻調(diào)速過程會導(dǎo)致電機(jī)沖擊電流的頻繁變化，必然會導(dǎo)致阻尼繞組的籠條、端環(huán)等轉(zhuǎn)動零部件產(chǎn)生熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力疲勞，即交變熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力疲勞損傷。
(4)變頻調(diào)速裝置是交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的電源，雖然目前已經(jīng)采取了極其有效的技術(shù)措施，大大改善了輸出電壓波形。即便如此，變頻調(diào)速裝置中含有的高次諧波成分仍會增加軸電壓。雖然不能造成明顯的傷害，但是設(shè)計者要高度重視。
(5)變頻調(diào)速裝置控制電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速的20%-30%低速運(yùn)行。如果設(shè)計了滑動軸承的潤滑系統(tǒng)，潤滑油膜的厚度明顯減小，軸與軸瓦之間的油膜必然被破壞，這樣就會發(fā)生金屬與金屬的接觸磨削，也會導(dǎo)致滑動軸承的異常溫升。
(6)在設(shè)計帶變頻調(diào)速裝置的交流電機(jī)時，必須小心地將引起共振現(xiàn)象的危險轉(zhuǎn)速排除在調(diào)速范圍之外。
(7)對于帶變頻調(diào)速裝置的交流電動機(jī)的設(shè)計，其通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的計算必須以低速為基礎(chǔ)，其通風(fēng)冷卻能力應(yīng)進(jìn)行核定和計算。
(8)在帶變頻調(diào)速裝置的交流電機(jī)設(shè)計中，其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計必須相應(yīng)加強(qiáng)匝間絕緣，以防止功率半導(dǎo)體器件瞬間超高頻過電壓沖擊，導(dǎo)致電機(jī)繞組匝間絕緣損壞，縮短電機(jī)絕緣壽命，或嚴(yán)重匝間絕緣擊穿造成匝間短路事故。
(9)在設(shè)計有變頻調(diào)速裝置的交流電動機(jī)時，必須防止最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時的低速喘振現(xiàn)象，以維持最低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定運(yùn)行。
(10)在設(shè)計變頻調(diào)速系統(tǒng)的過程中，我們需要確認(rèn)一個理念，那就是必須盡量保證電源系統(tǒng)不被污染，即嚴(yán)格控制諧波成分向電源的流出。
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