Het belangrijkste verschil tussen een motor die wordt aangedreven door een frequentieomvormer en een motor die wordt aangedreven door een sinusgolf met netfrequentie, is dat de frequentieomvormer enerzijds werkt in een breed frequentiebereik van lage tot hoge frequenties, en anderzijds dat de voedingsgolfvorm niet-sinusoïdaal is. Door middel van Fourierreeksanalyse van de spanningsgolfvorm blijkt dat de voedingsgolfvorm meer dan 2N harmonischen bevat naast de grondgolf (stuurgolf) (het aantal modulatiegolven in elke helft van de stuurgolf is N). Wanneer de SPWM-wisselstroomomvormer vermogen levert en dit aan de motor levert, zal de stroomgolfvorm in de motor een sinusgolf met gesuperponeerde harmonischen zijn. De harmonische stroom genereert een pulserende magnetische fluxcomponent in het magnetische circuit van de asynchrone motor. Deze pulserende magnetische fluxcomponent wordt gesuperponeerd op de hoofdmagnetische flux, waardoor de hoofdmagnetische flux een pulserende magnetische fluxcomponent bevat. De pulserende magnetische fluxcomponent zorgt er ook voor dat het magnetische circuit de neiging heeft verzadigd te raken, wat de volgende gevolgen heeft voor de werking van de motor:
1. Er wordt een pulserende magnetische flux gegenereerd
De verliezen nemen toe en het rendement daalt. Omdat de output van de frequentieomvormer een groot aantal hogere harmonischen bevat, leiden deze harmonischen tot een hoger koper- en ijzerverbruik, waardoor het rendement afneemt. Zelfs de SPWM-technologie (Sinusoidal Pulse Width Modulation), die momenteel veel gebruikt wordt, onderdrukt alleen de lagere harmonischen en vermindert het pulserende koppel van de motor, waardoor het stabiele werkingsbereik van de motor bij lage snelheden wordt vergroot. De hogere harmonischen nemen niet alleen niet af, maar nemen zelfs toe. Over het algemeen daalt het rendement met 1% tot 3% en de arbeidsfactor met 4% tot 10% ten opzichte van een sinusomvormer met netfrequentie. Het harmonische verlies van een motor bij een frequentieomvormer is daarom een groot probleem.
b) Het genereren van elektromagnetische trillingen en geluid. Door het bestaan van een reeks hogere harmonischen zullen er ook elektromagnetische trillingen en geluid ontstaan. Het verminderen van trillingen en geluid is al een probleem bij motoren die worden aangedreven door een sinusgolf. Voor een motor die wordt aangedreven door een frequentieomvormer wordt het probleem nog complexer vanwege het niet-sinusoïdale karakter van de voeding.
c) Bij lage snelheden treedt een laagfrequent pulserend koppel op. De synthese van harmonische magnetomotorische kracht en harmonische rotorstroom resulteert in een constant harmonisch elektromagnetisch koppel en een wisselend harmonisch elektromagnetisch koppel. Dit wisselende harmonische elektromagnetische koppel veroorzaakt pulsaties in de motor, wat de stabiele werking bij lage snelheden beïnvloedt. Zelfs bij gebruik van de SPWM-modulatiemodus is er, vergeleken met een sinusvormige voeding met netfrequentie, nog steeds een zekere mate van laagfrequente harmonischen aanwezig. Deze harmonischen veroorzaken een pulserend koppel bij lage snelheden en beïnvloeden de stabiele werking van de motor bij lage snelheden.
2. Genereren van impulsspanning en axiale spanning (stroom) naar de isolatie
a) Er treedt een overspanning op. Wanneer de motor draait, wordt de aangelegde spanning vaak gesuperponeerd met de overspanning die ontstaat wanneer de componenten in de frequentieomvormer worden gecommuteerd. Soms is deze overspanning hoog, wat resulteert in herhaalde elektrische schokken voor de spoel en schade aan de isolatie.
b) Het genereren van axiale spanning en axiale stroom. De opwekking van asspanning is voornamelijk te wijten aan de aanwezigheid van een onbalans in het magnetische circuit en elektrostatische inductie. Dit is niet ernstig bij gewone motoren, maar het is prominenter bij motoren die worden gevoed door een frequentieomvormer. Als de asspanning te hoog is, raakt de smering van de oliefilm tussen de as en het lager beschadigd en wordt de levensduur van het lager verkort.
c) Warmteafvoer beïnvloedt het warmteafvoereffect bij lage snelheden. Door het grote snelheidsregelbereik van een frequentieomvormer draait deze vaak op lage snelheid bij een lage frequentie. Omdat de snelheid dan erg laag is, is de koellucht die door de zelfkoeling van een gewone motor wordt aangevoerd onvoldoende, waardoor het warmteafvoereffect afneemt. In dat geval moet er gebruik worden gemaakt van een aparte ventilator voor de koeling.
Mechanische invloeden zijn gevoelig voor resonantie; in het algemeen zal elk mechanisch apparaat resonantieverschijnselen vertonen. Een motor die op een constante voedingsfrequentie en snelheid draait, moet echter resonantie met de mechanische eigenfrequentie van de elektrische frequentierespons van 50 Hz vermijden. Wanneer een motor met frequentieomzetting werkt, heeft de werkfrequentie een breed bereik en heeft elk onderdeel zijn eigen eigenfrequentie, waardoor resonantie op een bepaalde frequentie gemakkelijk kan optreden.
Geplaatst op: 25 februari 2025