Động cơ được sử dụng rộng rãi. Trước khi không có bộ biến tần, chúng tôi sử dụng hầu hết các động cơ có tần số công suất cao nhất.

I. Động cơ không đồng bộ thông thường được thiết kế theo tần số không đổi và điện áp không đổi, không thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về chuyển đổi tần số và điều chỉnh tốc độ. Sau đây là ảnh hưởng của bộ biến tần đến động cơ:

1. Hiệu suất và sự tăng nhiệt độ của động cơ. Bất kể loại biến tần nào, các mức điện áp và dòng điện hài khác nhau đều được tạo ra trong quá trình hoạt động, khiến động cơ hoạt động dưới điện áp và dòng điện không phải dạng sóng sin. Theo thông tin, lấy ví dụ biến tần PWM sóng sin thông dụng, các sóng hài bậc thấp của nó về cơ bản bằng không, và các thành phần sóng hài bậc cao còn lại lớn gấp khoảng hai lần tần số sóng mang là 2u+1 (u là tỷ số điều chế). Sóng hài bậc cao sẽ gây ra sự gia tăng tổn hao đồng stato, tổn hao đồng (nhôm) rôto, tổn hao sắt và các tổn hao khác, đáng kể nhất là tổn hao đồng (nhôm) rôto. Vì động cơ không đồng bộ quay ở tốc độ đồng bộ gần với tần số cơ bản, điện áp sóng hài bậc cao cắt thanh rôto với độ trượt lớn, điều này sẽ gây ra tổn hao rôto lớn. Ngoài ra, cần phải xem xét tổn hao đồng bổ sung do hiệu ứng bề mặt. Những tổn hao này sẽ khiến động cơ sinh nhiệt thêm, làm giảm hiệu suất và giảm công suất đầu ra. Nếu động cơ không đồng bộ ba pha thông thường hoạt động trong điều kiện nguồn điện đầu ra không hình sin do bộ biến tần cung cấp, nhiệt độ của nó thường sẽ tăng từ 10% đến 20%.

2. Độ bền cách điện của động cơ. Hiện nay, nhiều bộ biến tần cỡ nhỏ và trung bình sử dụng điều khiển PWM. Tần số sóng mang của nó vào khoảng vài nghìn đến hơn mười kilohertz, khiến cuộn dây stato của động cơ phải chịu được tốc độ tăng điện áp cao, tương đương với việc áp dụng một xung điện áp dốc vào động cơ, làm cho lớp cách điện giữa các vòng dây của động cơ phải chịu đựng những thử thách khắc nghiệt hơn. Ngoài ra, điện áp xung hình chữ nhật do bộ biến tần PWM tạo ra được chồng lên điện áp hoạt động của động cơ, điều này sẽ gây nguy hại cho lớp cách điện nối đất của động cơ, và lớp cách điện nối đất sẽ bị lão hóa nhanh hơn dưới tác động của điện áp cao lặp đi lặp lại.

3. Tiếng ồn và rung động điện từ hài hòa. Khi các động cơ không đồng bộ thông thường được cấp nguồn bằng bộ biến tần, rung động và tiếng ồn do các yếu tố điện từ, cơ khí, thông gió và các yếu tố khác gây ra sẽ trở nên phức tạp hơn. Các sóng hài thời gian khác nhau có trong nguồn điện biến tần sẽ giao thoa với các sóng hài không gian vốn có của phần điện từ trong động cơ để tạo thành các lực kích thích điện từ khác nhau. Khi tần số của sóng lực điện từ trùng hoặc gần với tần số dao động tự nhiên của thân động cơ, hiện tượng cộng hưởng sẽ xảy ra, do đó làm tăng tiếng ồn. Do dải tần hoạt động rộng của động cơ và phạm vi thay đổi tốc độ lớn, tần số của các sóng lực điện từ khác nhau khó có thể tránh khỏi tần số dao động tự nhiên của từng bộ phận trong động cơ.

4. Khả năng thích ứng của động cơ với việc khởi động và phanh thường xuyên. Vì động cơ được cấp nguồn bằng bộ biến tần, nên động cơ có thể được khởi động ở tần số và điện áp rất thấp mà không có dòng khởi động đột ngột và có thể được phanh nhanh chóng bằng cách sử dụng các phương pháp phanh khác nhau do bộ biến tần cung cấp, tạo điều kiện cho việc khởi động và phanh thường xuyên, do đó hệ thống cơ khí và hệ thống điện từ của động cơ chịu tác động của lực xoay chiều tuần hoàn, dẫn đến hiện tượng mỏi và lão hóa nhanh đối với cấu trúc cơ khí và cấu trúc cách điện.

5. Vấn đề làm mát ở tốc độ thấp. Trước hết, trở kháng của động cơ không đồng bộ không lý tưởng. Khi tần số nguồn thấp, tổn thất do sóng hài bậc cao trong nguồn điện tương đối lớn. Thứ hai, khi tốc độ của các động cơ không đồng bộ thông thường giảm, lưu lượng khí làm mát giảm tỷ lệ thuận với lập phương của tốc độ, dẫn đến tình trạng làm mát của động cơ ở tốc độ thấp bị suy giảm, nhiệt độ tăng đột ngột và khó đạt được mô-men xoắn đầu ra không đổi.

II. Tđặc điểm của động cơ chuyển đổi tần số

1. Thiết kế điện từ. Đối với động cơ không đồng bộ thông thường, các thông số hiệu suất chính cần xem xét trong thiết kế lại là khả năng chịu quá tải, hiệu suất khởi động, hiệu suất và hệ số công suất. Đối với động cơ biến tần, vì độ trượt tới hạn tỷ lệ nghịch với tần số nguồn điện, nên nó có thể được khởi động trực tiếp khi độ trượt tới hạn gần bằng 1. Do đó, khả năng chịu quá tải và hiệu suất khởi động không cần phải được xem xét quá nhiều, mà vấn đề chính cần giải quyết là làm thế nào để cải thiện khả năng thích ứng của động cơ với nguồn điện không hình sin. Phương pháp thường như sau:

1) Giảm điện trở stato và rôto càng nhiều càng tốt. Việc giảm điện trở stato có thể giảm tổn hao đồng cơ bản để bù lại sự gia tăng tổn hao đồng do sóng hài bậc cao gây ra.

2) Để triệt tiêu các sóng hài bậc cao trong dòng điện, cần phải tăng độ tự cảm của động cơ một cách thích hợp. Tuy nhiên, điện kháng rò rỉ của rãnh rôto lớn, hiệu ứng bề mặt cũng lớn, và tổn hao đồng do sóng hài bậc cao cũng tăng lên. Do đó, kích thước điện kháng rò rỉ của động cơ cần phải tính đến tính hợp lý của việc phối hợp trở kháng trong toàn bộ dải tốc độ.

3) Mạch từ chính của động cơ biến tần thường được thiết kế ở trạng thái chưa bão hòa. Một lý do là để xem xét rằng các sóng hài bậc cao sẽ làm tăng độ bão hòa của mạch từ. Lý do khác là để xem xét rằng ở tần số thấp, điện áp đầu ra của bộ biến tần cần được tăng lên một cách thích hợp để tăng mô-men xoắn đầu ra.

2. Thiết kế kết cấu. Khi thiết kế kết cấu, cần xem xét chủ yếu ảnh hưởng của đặc tính công suất không hình sin đến cấu trúc cách điện, độ rung và phương pháp làm mát tiếng ồn của động cơ biến tần. Nói chung, cần chú ý đến các vấn đề sau:

1) Cấp độ cách điện , thường là cấp F trở lên, để tăng cường khả năng cách điện nối đất và độ bền cách điện của các vòng dây, đặc biệt là khả năng chịu được điện áp xung của vật liệu cách điện.

2) Đối với độ rung và tiếng ồn của động cơ , cần phải xem xét đầy đủ độ cứng của các bộ phận động cơ và toàn bộ động cơ, đồng thời cố gắng tăng tần số tự nhiên của nó để tránh cộng hưởng với mỗi sóng lực.

3) Phương pháp làm mát: Thông thường, người ta sử dụng hệ thống thông gió cưỡng bức để làm mát, tức là quạt làm mát của động cơ chính được dẫn động bởi một động cơ độc lập.

4) Để ngăn ngừa hiện tượng dòng điện trục , cần áp dụng các biện pháp cách điện ổ trục đối với động cơ có công suất trên 160KW. Lý do chính là vì dễ xảy ra hiện tượng mất cân bằng mạch từ và dòng điện trục. Khi các dòng điện do các thành phần tần số cao khác tạo ra hoạt động cùng nhau, dòng điện trục sẽ tăng lên đáng kể, dẫn đến hư hỏng ổ trục, do đó các biện pháp cách điện thường được thực hiện.

5) Đối với động cơ biến tần công suất không đổi, khi tốc độ vượt quá 3000 vòng/phút, cần sử dụng mỡ bôi trơn đặc biệt chịu nhiệt độ cao để bù lại sự tăng nhiệt độ của ổ trục. Động cơ biến tần có thể hoạt động trong thời gian dài ở dải tần 0.1Hz–130Hz, động cơ thông thường có thể hoạt động ở dải tần 20–65Hz đối với loại 2 cực, và dải tần 25–75Hz đối với loại 4 cực. Loại 6 cực dùng cho hoạt động lâu dài ở dải tần 30–85Hz, và loại 8 cực dùng cho hoạt động lâu dài ở dải tần 35–100Hz.

Lựa chọn động cơ: 

Trước hết, nên chọn công suất của động cơ theo công suất trung bình và công suất tối đa mà tải yêu cầu khi chuyển động, quy về phía trục động cơ (có thể có bộ giảm tốc, ròng rọc và các thiết bị giảm tốc khác). , và khả năng quá tải của động cơ cũng cần được xem xét. Nhà sản xuất động cơ có thể cung cấp đường cong đặc tính mô-men xoắn của động cơ và các đặc tính của động cơ sẽ thay đổi ở các nhiệt độ khác nhau. Nhân tiện: Tất nhiên, thứ tự lựa chọn là chọn động cơ trước rồi chọn bộ biến tần theo động cơ, vì mục tiêu cuối cùng của việc điều khiển không phải là bộ biến tần hay động cơ mà là tải cơ học.