Асинхронные частотно-регулируемые двигатели имеют ряд принципиальных отличий от общепромышленных. Эти отличия в основном касаются конструкции. Рассмотрим их подробно.
- Форма пазов ротора. Частотно-регулируемый двигатель имеет достаточно мягкий плавный пуск, поэтому его ротор не нуждается в глубоких пазах. При разработке двигателей данного типа кратность максимального и пускового моментов перестает быть ключевой задачей, так как она достигается автоматически. В то же время, управление напряжением и частотой дает возможность регулировать и скорость вращения, и скольжение, минимизируя, таким образом, потери в роторе. К тому же, векторное управление позволяет поддерживать ту величину реактивного компонента тока статора, при которой КПД и коэффициент мощности максимальны.
В целом, оптимально спроектированный частотно-регулируемый двигатель позволяет получать мощность на 25% выше либо, при той же мощности, снизить объем. При этом соотношение активных материалов смещается в сторону проводниковых.
В обычном асинхронном двигателе глубокие пазы имеют избыточную площадь, которая может достигать 25%. В частотно-регулируемых двигателях данный резерв может быть использован в целях снижения активного сопротивления ротора, что позволит увеличить полезный момент, снизить рабочее скольжение и индуктивное сопротивление рассеяния.
- Количество пар полюсов. Скорость вращения зависит от нескольких параметров, среди которых – частота, количество пар полюсов двигателя и передаточное число редуктора. Необходимая скорость может быть достигнута комбинацией этих трех компонентов. При этом важно учитывать диапазон частотного регулирования, необходимость в преобразователе частоты, целесообразность применения редуктора, а также затраты на потребляемую электроэнергию.
Современные асинхронные электродвигатели могут иметь максимум 12 полюсов.
- Номинальное напряжение. Большинство серийных электромоторов имеют существенный недостаток, а именно – нехватку напряжения на выходе частотного преобразователя. В целях оптимизации системы, двигатели для частотных приводов следует приобретать с расчетом на нестандартные величины напряжения основной гармоники на выходе преобразователя. Конкретная величина данного напряжения рассчитывается специалистами.
- Синусоидальный ток и напряжение. Одной из значимых характеристик частотников является синусоидальность тока (напряжения). Чем она выше, тем лучше. Данное требование обусловлено характеристиками серийных моторов – их конструкция предусматривает ряд мер, которые могут обеспечить синусоидальность поля в воздушном зазоре (среди этих мер – уменьшение шага обмотки, ее распределение по пазам, скос этих пазов и т.д.). В частотно-регулируемых двигателях такого требования нет. Для них синусоидальность тока не обязательна.
Однако это, в свою очередь, подводит к другой проблеме. А именно – к необходимости оптимизации обмоток статора, требования к которым отличаются от стандартных.
- Охлаждение. Если двигатель работает на низких частотах, то эффективность его собственных вентиляторов невысока. Следовательно, ему необходимо дополнительное автономное охлаждение – вентиляторы с собственными приводами. Это даст возможность охлаждать как активные элементы конструкции, так и подшипники.
- Перенапряжение. Особенности подключения современных преобразователей частоты могут становиться причиной формирования волновых переходных процессов и импульсных перенапряжений в общей системе "двигатель-преобразователь". Величина и характер этих перенапряжений зависят от индуктивности, емкости, питающего импульса и других параметров. Для предотвращения возникновения перенапряжений применяются фильтры, а также усиленная изоляция (как минимум, на начальных витках обмотки) и заземление. Также имеет значение правильный подбор длины кабеля, соединяющего двигатель и преобразователь частоты, и его конструкции.
В частотных преобразователях используется высокочастотная коммутация, что в свою очередь приводит к формированию подшипниковых токов, приводящих к быстрому износу подшипников. В некоторых моделях частотно-регулируемых двигателей для борьбы с этим явлением применяются подшипники с изолированным наружным или внутренним кольцом. Также конструкция подшипника может включать керамические шарики и\или диэлектрическое покрытие.
- Особые требования к балансировке ротора и подшипникам. Если двигатель работает на очень высоких скоростях, то его конструкция должна быть на это рассчитана. В частности, повышенные требования предъявляются к балансировке ротора, которая должна быть особенно точной, а также к подшипникам, смазке и уплотнениям.
- Вибрация и шум. Шум, создаваемый двигателем при работе, складывается из двух составляющих: аэродинамической и структурной. Когда скорость вращения двигателя изменяется, то с ней изменяются и виброакустические параметры. При этом на низких скоростях диапазон шума смещается в сторону структурной составляющей (механические вибрации), а на высоких – в сторону аэродинамики.
- Термозащита. Ротор двигателя может перегреваться в тех случаях, когда двигатель 380\220 В подключается к сети 380 В. В таких ситуациях двигателю требуется термозащита – как на подшипниках, так и на обмотке статора, особенно если двигатель будет работать на повышенных скоростях.
- Длинные кабели. Если применяются удлиненные кабели (более 50 м), то реализовать векторное управление уже невозможно. Это необходимо учитывать. Кроме того, следует применять совместно с длинными кабелями дроссель либо фильтр – это делается в целях предотвращения появления высоких пиков напряжения.
