Główną różnicą między silnikiem zasilanym z zasilacza z konwersją częstotliwości a silnikiem zasilanym z sieci o sinusoidalnej częstotliwości jest to, że z jednej strony pracuje on w szerokim zakresie częstotliwości, od niskiej do wysokiej, a z drugiej strony przebieg mocy nie jest sinusoidalny. Poprzez analizę szeregu Fouriera przebiegu napięcia, przebieg zasilania zawiera ponad 2N harmonicznych oprócz składowej podstawowej (przebiegu sterującego) (liczba przebiegów modulacyjnych zawartych w każdej połówce przebiegu sterującego wynosi N). Gdy przetwornica prądu przemiennego SPWM wyprowadza moc i podaje ją do silnika, przebieg prądu w silniku będzie wyglądał jak przebieg sinusoidalny z nałożonymi harmonicznymi. Prąd harmoniczny generuje pulsującą składową strumienia magnetycznego w obwodzie magnetycznym silnika asynchronicznego, a pulsująca składowa strumienia magnetycznego nakłada się na główny strumień magnetyczny, tak że główny strumień magnetyczny zawiera pulsującą składową strumienia magnetycznego. Pulsująca składowa strumienia magnetycznego sprawia również, że obwód magnetyczny ma tendencję do nasycenia, co ma następujące skutki dla pracy silnika:
1.Generowany jest pulsujący strumień magnetyczny
Straty rosną, a sprawność maleje. Ponieważ wyjście zasilacza o zmiennej częstotliwości zawiera dużą liczbę wyższych harmonicznych, te harmoniczne będą generować odpowiednie zużycie miedzi i żelaza, zmniejszając sprawność roboczą. Nawet technologia sinusoidalnej szerokości impulsu SPWM, która jest obecnie szeroko stosowana, hamuje jedynie niskie harmoniczne i zmniejsza pulsujący moment obrotowy silnika, rozszerzając w ten sposób zakres stabilnej pracy silnika przy niskiej prędkości. A wyższe harmoniczne nie tylko nie zmniejszyły się, ale wzrosły. Ogólnie rzecz biorąc, w porównaniu z zasilaczem sinusoidalnym o częstotliwości sieciowej, sprawność jest zmniejszona o 1% do 3%, a współczynnik mocy jest zmniejszony o 4% do 10%, więc straty harmoniczne silnika w przypadku zasilacza o konwersji częstotliwości stanowią duży problem.
b) Generują drgania elektromagnetyczne i hałas. Ze względu na występowanie szeregu wyższych harmonicznych, drgania elektromagnetyczne i hałas również będą generowane. Redukcja drgań i hałasu jest już problemem w przypadku silników zasilanych falą sinusoidalną. W przypadku silnika zasilanego falownikiem problem staje się bardziej skomplikowany ze względu na niesinusoidalny charakter zasilania.
c) Pulsujący moment obrotowy o niskiej częstotliwości występuje przy niskiej prędkości. Synteza harmonicznej siły magnetomotorycznej i harmonicznej prądu wirnika, skutkująca stałym harmonicznym momentem elektromagnetycznym i przemiennym harmonicznym momentem elektromagnetycznym, powoduje pulsację silnika, wpływając tym samym na stabilną pracę przy niskiej prędkości. Nawet w przypadku zastosowania trybu modulacji SPWM, w porównaniu z zasilaniem sinusoidalnym o częstotliwości sieciowej, nadal będzie występować pewien poziom harmonicznych niskiego rzędu, które będą generować pulsujący moment obrotowy przy niskiej prędkości i wpływać na stabilną pracę silnika przy niskiej prędkości.
2.Generowanie napięcia impulsowego i napięcia osiowego (prądu) do izolacji
a) Występuje przepięcie. Podczas pracy silnika napięcie przyłożone często nakłada się na przepięcie generowane podczas komutacji elementów w urządzeniu do konwersji częstotliwości, a czasami przepięcie jest wysokie, co powoduje powtarzające się porażenia prądem cewki i uszkodzenie izolacji.
b) Generowanie napięcia osiowego i prądu osiowego. Generowanie napięcia wału wynika głównie z braku równowagi magnetycznej i zjawiska indukcji elektrostatycznej, które nie jest poważne w przypadku zwykłych silników, ale jest bardziej widoczne w silnikach zasilanych napięciem o zmiennej częstotliwości. Zbyt wysokie napięcie wału może uszkodzić smarowanie filmu olejowego między wałem a łożyskiem, co skróci żywotność łożyska.
c) Rozpraszanie ciepła wpływa na efekt rozpraszania ciepła podczas pracy z niską prędkością. Ze względu na szeroki zakres regulacji prędkości silnika o zmiennej częstotliwości, często pracuje on z niską prędkością i niską częstotliwością. W takim przypadku, ze względu na bardzo niską prędkość, powietrze chłodzące dostarczane przez metodę chłodzenia z wykorzystaniem wentylatora, stosowaną w standardowych silnikach, jest niewystarczające, co ogranicza efekt rozpraszania ciepła. Konieczne jest zastosowanie niezależnego chłodzenia wentylatorem.
Oddziaływania mechaniczne są podatne na rezonans, generalnie każde urządzenie mechaniczne będzie powodować zjawisko rezonansu. Jednak silnik pracujący ze stałą częstotliwością i prędkością zasilania powinien unikać rezonansu z mechaniczną częstotliwością własną odpowiedzi częstotliwościowej 50 Hz. Gdy silnik pracuje z konwersją częstotliwości, częstotliwość robocza ma szeroki zakres, a każdy element ma swoją własną częstotliwość własną, co ułatwia wprawienie go w rezonans z określoną częstotliwością.
Czas publikacji: 25-02-2025