Η επίδραση του μετατροπέα συχνότητας στον κινητήρα

1. Η απόδοση και η αύξηση της θερμοκρασίας των ηλεκτροκινητήρων
Ανεξάρτητα από τη μορφή του μετατροπέα συχνότητας, θα παράγει διάφορους βαθμούς αρμονικής τάσης και ρεύματος κατά τη λειτουργία, προκαλώντας τη λειτουργία του κινητήρα υπό μη ημιτονοειδή τάση και ρεύμα.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον συνήθως χρησιμοποιούμενο μετατροπέα συχνότητας PWM ημιτονοειδούς κύματος, οι αρμονικές χαμηλής τάξης του είναι βασικά μηδενικές και τα υπόλοιπα αρμονικά στοιχεία υψηλής τάξης που είναι περίπου διπλάσια από τη φέρουσα συχνότητα είναι 2u+1 (u είναι ο λόγος διαμόρφωσης) .
Οι αρμονικές υψηλότερης τάξης μπορούν να προκαλέσουν αύξηση της απώλειας χαλκού του στάτορα, απώλεια χαλκού (αλουμινίου) του ρότορα, απώλεια σιδήρου και πρόσθετες απώλειες σε ηλεκτρικούς κινητήρες, με πιο σημαντική την απώλεια χαλκού (αλουμινίου) του ρότορα.
Επειδή οι ασύγχρονοι κινητήρες περιστρέφονται με σύγχρονες ταχύτητες κοντά στη θεμελιώδη συχνότητα, οι υψηλές αρμονικές τάσεις που κόβουν τις ράβδους του ρότορα με μεγάλη ολίσθηση θα έχουν ως αποτέλεσμα σημαντικές απώλειες ρότορα.
Επιπλέον, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη οι πρόσθετες απώλειες χαλκού που προκαλούνται από το φαινόμενο του δέρματος, οι οποίες θα αναγκάσουν τον κινητήρα να παράγει επιπλέον θερμότητα, να μειώσει την απόδοση και να μειώσει την ισχύ εξόδου. Εάν ένας κανονικός τριφασικός ασύγχρονος κινητήρας λειτουργεί υπό μη ημιτονικές συνθήκες τροφοδοσίας ισχύος που εξέρχονται από έναν μετατροπέα συχνότητας, η αύξηση της θερμοκρασίας του γενικά χρειάζεται να αυξηθεί κατά 10% έως 20%.
2. Θέμα αντοχής μόνωσης ηλεκτροκινητήρα
Επί του παρόντος, πολλοί μικρού και μεσαίου μεγέθους μετατροπείς συχνότητας χρησιμοποιούν μέθοδο ελέγχου PWM, με συχνότητα φέροντος περίπου αρκετές χιλιάδες έως δέκα kilohertz, η οποία προκαλεί την περιέλιξη του στάτορα του κινητήρα να αντέχει σε υψηλό ρυθμό ανόδου τάσης, ισοδύναμο με την εφαρμογή μιας απότομης ώθησης τάση στον κινητήρα, κάνοντας την ενδιάμεση μόνωση του κινητήρα να αντέχει σε πιο σοβαρές δοκιμές.
Επιπλέον, η παλμική τάση του ορθογώνιου κόφτη που παράγεται από τον μετατροπέα PWM υπερτίθεται στην τάση λειτουργίας του κινητήρα, θέτοντας σε κίνδυνο τη μόνωση γείωσης του κινητήρα. Η μόνωση του εδάφους θα επιταχύνει τη γήρανση υπό επαναλαμβανόμενες κρούσεις υψηλής τάσης.
3. Αρμονικός ηλεκτρομαγνητικός θόρυβος και δόνηση
Όταν οι συνηθισμένοι ασύγχρονοι κινητήρες τροφοδοτούνται από μετατροπείς συχνότητας, οι κραδασμοί και ο θόρυβος που προκαλούνται από ηλεκτρομαγνητικούς, μηχανικούς, αερισμό και άλλους παράγοντες γίνονται πιο περίπλοκοι.
Οι διάφορες χρονικές αρμονικές που περιέχονται στο τροφοδοτικό μεταβλητής συχνότητας παρεμβάλλονται στις εγγενείς χωρικές αρμονικές του ηλεκτρομαγνητικού τμήματος του κινητήρα, σχηματίζοντας διάφορες ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις διέγερσης. Όταν η συχνότητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι συνεπής ή κοντά στη φυσική συχνότητα δόνησης του σώματος του κινητήρα, θα εμφανιστεί φαινόμενο συντονισμού, αυξάνοντας έτσι τον θόρυβο.
Λόγω του μεγάλου εύρους συχνοτήτων λειτουργίας και του μεγάλου εύρους διακύμανσης ταχύτητας των ηλεκτρικών κινητήρων, είναι δύσκολο για τις συχνότητες διαφόρων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων να αποφύγουν τις φυσικές συχνότητες δόνησης διαφόρων εξαρτημάτων του κινητήρα.
4. Η προσαρμοστικότητα των ηλεκτροκινητήρων σε συχνή εκκίνηση και πέδηση
Λόγω της χρήσης ενός μετατροπέα συχνότητας για τροφοδοσία, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να ξεκινήσει σε πολύ χαμηλές συχνότητες και τάσεις χωρίς παλμικό ρεύμα και διάφορες μέθοδοι πέδησης που παρέχονται από τον μετατροπέα συχνότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για γρήγορο φρενάρισμα, δημιουργώντας συνθήκες για συχνή εκκίνηση και φρενάρισμα.
Ως εκ τούτου, τα μηχανικά και ηλεκτρομαγνητικά συστήματα του ηλεκτροκινητήρα υπόκεινται σε κυκλικές εναλλασσόμενες δυνάμεις, οι οποίες προκαλούν κόπωση και επιταχύνονται προβλήματα γήρανσης στις μηχανικές και μονωτικές κατασκευές.
5. Πρόβλημα ψύξης σε χαμηλή ταχύτητα
Πρώτον, η σύνθετη αντίσταση των ασύγχρονων κινητήρων δεν είναι ιδανική και όταν η συχνότητα ισχύος είναι χαμηλή, οι απώλειες που προκαλούνται από αρμονικές υψηλής τάξης στο τροφοδοτικό είναι σημαντικές.
Δεύτερον, όταν η ταχύτητα ενός κανονικού ασύγχρονου κινητήρα μειώνεται, ο όγκος του αέρα ψύξης μειώνεται αναλογικά με την τρίτη ισχύ της ταχύτητας, με αποτέλεσμα την επιδείνωση της κατάστασης ψύξης χαμηλής ταχύτητας του κινητήρα, μια απότομη αύξηση της θερμοκρασίας και δυσκολία στην επίτευξη σταθερής απόδοσης ροπής.