Основна відмінність між двигуном, що живиться від джерела живлення з перетворенням частоти, та двигуном, що живиться від синусоїди промислової частоти, полягає в тому, що, з одного боку, він працює в широкому діапазоні частот від низької до високої частоти, а з іншого боку, форма хвилі живлення несинусоїдальна. Завдяки аналізу послідовностей Фур'є форми хвилі напруги, форма хвилі живлення містить понад 2N гармонік на додаток до основної складової хвилі (хвилі керування) (кількість модуляційних хвиль, що містяться в кожній половині хвилі керування, становить N). Коли перетворювач змінного струму SPWM виводить потужність і подає її на двигун, форма хвилі струму на двигуні виглядатиме як синусоїда з накладеними гармоніками. Гармонічний струм генеруватиме пульсуючу складову магнітного потоку в магнітному колі асинхронного двигуна, і пульсуюча складова магнітного потоку накладається на основний магнітний потік, так що основний магнітний потік містить пульсуючу складову магнітного потоку. Пульсуюча складова магнітного потоку також призводить до насичення магнітного кола, що має наступний вплив на роботу двигуна:
1. Генерується пульсуючий магнітний потік
Втрати збільшуються, а ефективність зменшується. Оскільки вихідний сигнал джерела живлення зі змінною частотою містить велику кількість гармонік вищого порядку, ці гармоніки призводять до відповідного споживання міді та заліза, що знижує ефективність роботи. Навіть технологія синусоїдальної ширини імпульсів SPWM, яка широко використовується в даний час, пригнічує лише нижчі гармоніки та зменшує пульсуючий крутний момент двигуна, тим самим розширюючи діапазон стабільної роботи двигуна на низькій швидкості. А вищі гармоніки не тільки не зменшуються, а й збільшуються. Загалом, порівняно з синусоїдальним джерелом живлення промислової частоти, ефективність знижується на 1%-3%, а коефіцієнт потужності знижується на 4%-10%, тому втрати гармонік двигуна під час живлення з перетворенням частоти є великою проблемою.
b) Генерувати електромагнітні вібрації та шум. Через існування серії гармонік вищого порядку також генеруватимуться електромагнітні вібрації та шум. Зменшення вібрації та шуму вже є проблемою для двигунів із синусоїдальним живленням. Для двигуна, що живиться від інвертора, проблема ускладнюється через несинусоїдальну природу джерела живлення.
c) Низькочастотний пульсуючий крутний момент виникає на низькій швидкості. Синтез гармонійної магніторушійної сили та гармонічного струму ротора призводить до постійного гармонічного електромагнітного моменту та змінного гармонічного електромагнітного моменту. Змінний гармонічний електромагнітний момент призведе до пульсації двигуна, що вплине на стабільну роботу на низькій швидкості. Навіть якщо використовується режим модуляції SPWM, порівняно з синусоїдальним джерелом живлення промислової частоти, все одно буде присутній певний рівень гармонік нижчого порядку, які призведуть до пульсуючого крутного моменту на низькій швидкості та вплинуть на стабільну роботу двигуна на низькій швидкості.
2. Генерувати імпульсну напругу та осьову напругу (струм) на ізоляцію
a) Виникає перенапруга. Під час роботи двигуна прикладена напруга часто накладається на перенапругу, що виникає під час комутації компонентів пристрою перетворення частоти, і іноді перенапруга є високою, що призводить до повторного ураження електричним струмом котушки та пошкодження ізоляції.
b) Генерування осьової напруги та осьового струму. Генерація напруги на валу головним чином зумовлена наявністю дисбалансу магнітного кола та явищем електростатичної індукції, що не є серйозним у звичайних двигунах, але більш помітно в двигунах, що працюють від джерела живлення зі змінною частотою. Якщо напруга на валу занадто висока, стан змащення масляної плівки між валом та підшипником буде пошкоджено, а термін служби підшипника скоротиться.
c) Тепловіддача впливає на ефект тепловіддачі під час роботи на низькій швидкості. Через великий діапазон регулювання швидкості двигуна зі змінною частотою, він часто працює на низькій швидкості за низької частоти. У цьому випадку, через дуже низьку швидкість, охолоджувального повітря, що забезпечується методом охолодження власним вентилятором, що використовується звичайним двигуном, є недостатнім, і ефект тепловіддачі зменшується, тому необхідно використовувати охолодження незалежним вентилятором.
Механічний вплив схильний до резонансу, загалом будь-який механічний пристрій спричиняє явище резонансу. Однак, двигун, що працює з постійною частотою живлення та швидкістю, повинен уникати резонансу з механічною власною частотою електричної частотної характеристики 50 Гц. Коли двигун працює з перетворенням частоти, робоча частота має широкий діапазон, і кожен компонент має свою власну частоту, що дозволяє легко змусити його резонувати на певній частоті.
Час публікації: 25 лютого 2025 р.