變頻電動機

實際上，為變頻器設計的電機稱為變頻專用電機；電機可以在變頻器的驅動下實現不同的轉速與轉矩，以適應負載變化的需求。一般的變頻電動機，是由傳統的鼠籠式電動機衍生而來；通常把傳統的電機用自冷風機改為獨立出來的風機，並且提高了電機繞組絕緣的耐電暈性能。在一些對電機輸出特性要求不高的場合，如小功率，及工作頻率在額定頻率附近的情況下運行時，可以用普通鼠籠電動機代替。

由三相異步電動機轉速公式：n=60f(1-s)/p可知，改變供電頻率f、電動機的極對數p及轉差率s均可達到改變轉速的目的。

從調速的本質來看，不同的調速方式無非是改變交流電動機的同步轉速或不改變同步轉速兩種。 在生產機械中廣泛使用不改變同步轉速的調速方法有繞線式電動機的轉子串電阻調速、斬波調速、串級調速以及應用電磁轉差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調速。改變同步轉速的有改變定子極對數的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調速有能無換向電動機調速等。

從調速時的能耗觀點來看，有高效調速方法與低效調速方法兩種：高效調速指時轉差率不變，因此無轉差損耗，如多速電動機、變頻調速以及能將轉差損耗回收的調速方法（如串級調速等）。有轉差損耗的調速方法屬低效調速，如轉子串電阻調速方法，能量就損耗在轉子迴路中；電磁離合器的調速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來説轉差損耗隨調速範圍擴大而增加，如果調速範圍不大，能量損耗是很小的。

1、差動保護

為了保證內部故障時差動保護靈敏動作，同時防止外部故障時及電動機起動時暫態不平衡電流引起的誤動，加入變頻電動機保護裝置，包含變頻差動保護和變頻後備保護，從而給予變頻運行電動機完善的保護。

2、後備保護

為了變頻運行時，有相應的後備保護反映電機的各種異常運行狀態，需要設置有速斷過流、過流保護和負序保護功能，用於檢測電機的堵轉、匝間等故障。後備保護實時檢測變頻電動機運行頻率，並計算對應的電流有效值，判別電機狀態。當電機工頻啓動時，對應的保護功能退出，此時考慮採用電機原綜保裝置來完成後備保護。當電動機在變頻方式運行時，如果發生匝間故障，故障電流水平與發生故障時刻頻率的大小有關係，為了提高負序電流保護對匝間故障的靈敏度，設置有多段定值，檢測不同頻率下的匝間故障。 ^[1] 

對於變頻電動機，由於臨界轉差率反比於電源頻率，可以在臨界轉差率接近1時直接啓動，因此，過載能力和啓動性能不再需要過多地考慮，而要解決的關鍵問題是如何改善電動機對非正弦波電源的適應能力，及確保電機的使用壽命。方式一般如下：

1） 儘可能的減小定子和轉子電阻。

減小定子電阻即可降低基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗。

2）為抑制電流中的高次諧波，需適當增加電動機的電感。但轉子槽漏抗較大其集膚效應也大，高次諧波銅耗也增大。因此，電動機漏抗的大小要兼顧到整個調速範圍內阻抗匹配的合理性。

3）變頻電動機的主磁路一般設計成不飽和狀態，一是考慮高次諧波會加深磁路飽和，二是考慮在低頻時，為了提高輸出轉矩而適當提高變頻器的輸出電壓。

在結構設計時，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機的絕緣結構、振動、噪聲、冷卻方式等方面的影響，一般注意以下問題：

1）絕緣等級，一般為F級或更高，加強對地絕緣和匝間絕緣強度，特別要考慮絕緣耐電暈衝擊的能力。

2）對電機的振動、噪聲問題，要充分考慮電動機構件及整體的剛性，盡力提高其固有頻率，以避開與各次力波產生共振現象。

3）冷卻方式：一般採用強迫通風冷卻，即主電機散熱風扇採用獨立的電機驅動。

4）防止軸電流措施，對容量超過160KW電動機應採用軸承絕緣措施。主要是易產生磁路不對稱，也會產生軸電流，當其他高頻分量所產生的電流結合一起作用時，軸電流將大為增加，從而導致軸承電蝕損壞，所以一般要採取特殊絕緣措施。

5）對恆功率變頻電動機，當轉速超過3000/min時，應採用耐高温的特殊潤滑脂，以補償軸承的温度升高。

大批變頻調速電機絕緣過早破壞的現象不斷出現，有些變頻電機的壽命只有1到2年，甚至有些在試運行期間電機絕緣就被擊穿破壞，而且擊穿通常發生在匝間絕緣。變頻器沒有影響到電動機的短期絕緣性能，但是顯著降低了電動機的壽命，對於電動機而言，每年大約承受3000億次脈動電壓的衝擊。

變頻裝置的應用對於高壓電動機的保護產生了很大的影響，尤其對作為大容量高壓電機主保護的縱聯差動保護影響最大。因為常規差動保護裝置是針對不調速的電機而設計的，不能適用於寬範圍調速的高壓變頻電動機”。所以目前進行變頻改造的高壓電機一般都取消了差動保護，而改裝靈敏度較差的電流速斷保護，這對於高壓電機保護來説是不夠的。 ^[2]