มอเตอร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย ก่อนที่จะไม่มีตัวแปลงความถี่ เราใช้มอเตอร์กำลัง-ความถี่มากที่สุด

I. มอเตอร์อะซิงโครนัสทั่วไปได้รับการออกแบบตามความถี่คงที่และแรงดันไฟฟ้าคงที่ และเป็นไปไม่ได้ที่จะตอบสนองข้อกำหนดในการแปลงความถี่และการควบคุมความเร็วได้อย่างสมบูรณ์ ต่อไปนี้คืออิทธิพลของตัวแปลงความถี่ที่มีต่อมอเตอร์:

1. ประสิทธิภาพและการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของมอเตอร์ไม่ว่าจะเป็นตัวแปลงความถี่แบบใดก็ตาม ในระหว่างการทำงานจะเกิดแรงดันและกระแสฮาร์มอนิกในระดับต่างๆ ทำให้มอเตอร์ทำงานภายใต้แรงดันและกระแสที่ไม่เป็นรูปคลื่นไซน์ จากข้อมูล ยกตัวอย่างเช่น อินเวอร์เตอร์ PWM แบบคลื่นไซน์ที่ใช้กันทั่วไป ฮาร์มอนิกอันดับต่ำจะมีค่าเกือบเป็นศูนย์ และส่วนประกอบฮาร์มอนิกอันดับสูงที่เหลืออยู่จะมีค่าประมาณสองเท่าของความถี่พาหะ คือ 2u+1 (u คืออัตราส่วนการมอดูเลชัน) ฮาร์มอนิกที่สูงขึ้นจะทำให้เกิดการสูญเสียทองแดงในสเตเตอร์มอเตอร์ การสูญเสียทองแดง (อลูมิเนียม) ในโรเตอร์ การสูญเสียเหล็ก และการสูญเสียเพิ่มเติม ซึ่งที่สำคัญที่สุดคือการสูญเสียทองแดง (อลูมิเนียม) ในโรเตอร์ เนื่องจากมอเตอร์อะซิงโครนัสหมุนด้วยความเร็วซิงโครนัสที่ใกล้เคียงกับความถี่พื้นฐาน แรงดันฮาร์มอนิกอันดับสูงจะตัดแท่งโรเตอร์ด้วยการลื่นไถลขนาดใหญ่ ซึ่งจะทำให้เกิดการสูญเสียโรเตอร์ขนาดใหญ่ นอกจากนี้ยังต้องพิจารณาการสูญเสียทองแดงเพิ่มเติมเนื่องจากเอฟเฟกต์สกินด้วย การสูญเสียเหล่านี้จะทำให้มอเตอร์เกิดความร้อนเพิ่มขึ้น ลดประสิทธิภาพ และลดกำลังเอาต์พุต หากมอเตอร์อะซิงโครนัสสามเฟสทั่วไปทำงานภายใต้สภาวะที่กำลังไฟฟ้าขาออกที่ไม่เป็นรูปคลื่นไซน์จากตัวแปลงความถี่ อุณหภูมิของมอเตอร์จะสูงขึ้นโดยทั่วไปประมาณ 10%-20%

2. ความแข็งแรงของฉนวนของมอเตอร์ปัจจุบัน อินเวอร์เตอร์ขนาดเล็กและขนาดกลางจำนวนมากใช้การควบคุมแบบ PWM ความถี่พาหะของมันอยู่ที่ประมาณหลายพันถึงมากกว่าสิบกิโลเฮิร์ตซ์ ซึ่งทำให้ขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ต้องทนต่ออัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าสูง ซึ่งเทียบเท่ากับการใช้แรงดันอิมพัลส์ที่สูงมากกับมอเตอร์ ทำให้ฉนวนระหว่างขดลวดของมอเตอร์ต้องทนต่อการทดสอบที่รุนแรงมากขึ้น นอกจากนี้ แรงดันอิมพัลส์แบบสี่เหลี่ยมที่สร้างโดยอินเวอร์เตอร์ PWM ยังซ้อนทับกับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานของมอเตอร์ ซึ่งจะก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อฉนวนกราวด์ของมอเตอร์ และฉนวนกราวด์จะเสื่อมสภาพเร็วขึ้นภายใต้แรงกระแทกจากแรงดันไฟฟ้าสูงซ้ำๆ

3. เสียงรบกวนและการสั่นสะเทือนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบฮาร์มอนิกเมื่อมอเตอร์อะซิงโครนัสทั่วไปได้รับพลังงานจากตัวแปลงความถี่ การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนที่เกิดจากปัจจัยทางแม่เหล็กไฟฟ้า กลไก การระบายอากาศ และปัจจัยอื่นๆ จะมีความซับซ้อนมากขึ้น ฮาร์มอนิกเวลาต่างๆ ที่มีอยู่ในแหล่งจ่ายไฟความถี่แปรผันจะรบกวนฮาร์มอนิกเชิงพื้นที่โดยธรรมชาติของส่วนประกอบแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์ ทำให้เกิดแรงกระตุ้นทางแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ เมื่อความถี่ของคลื่นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าเท่ากับหรือใกล้เคียงกับความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของตัวมอเตอร์ จะเกิดปรากฏการณ์เรโซแนนซ์ขึ้น ทำให้เสียงรบกวนเพิ่มขึ้น เนื่องจากช่วงความถี่การทำงานของมอเตอร์กว้างและช่วงการเปลี่ยนแปลงความเร็วที่กว้าง จึงเป็นเรื่องยากที่ความถี่ของคลื่นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ จะหลีกเลี่ยงความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของแต่ละส่วนประกอบของมอเตอร์ได้

4. ความสามารถในการปรับตัวของมอเตอร์ต่อการสตาร์ทและการเบรกบ่อยครั้งเนื่องจากมอเตอร์ทำงานโดยใช้ตัวแปลงความถี่ มอเตอร์จึงสามารถสตาร์ทได้ที่ความถี่และแรงดันต่ำมากโดยไม่มีกระแสไฟกระชาก และสามารถเบรกได้อย่างรวดเร็วโดยใช้วิธีการเบรกต่างๆ ที่ตัวแปลงความถี่จัดหาให้ ซึ่งสร้างสภาวะสำหรับการสตาร์ทและการเบรกบ่อยครั้ง ดังนั้นระบบกลไกและระบบแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์จึงอยู่ภายใต้การกระทำของแรงสลับแบบเป็นวัฏจักร ซึ่งก่อให้เกิดปัญหาความล้าและการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วต่อโครงสร้างทางกลและโครงสร้างฉนวน

5. ปัญหาการระบายความร้อนที่ความเร็วต่ำประการแรก ความต้านทานของมอเตอร์อะซิงโครนัสไม่เป็นไปตามอุดมคติ เมื่อความถี่ไฟฟ้าต่ำ การสูญเสียที่เกิดจากฮาร์โมนิกส์ลำดับสูงในแหล่งจ่ายไฟจะมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ประการที่สอง เมื่อความเร็วของมอเตอร์อะซิงโครนัสทั่วไปลดลง ปริมาณอากาศระบายความร้อนจะลดลงตามสัดส่วนของกำลังสามของความเร็ว ส่งผลให้สภาพการระบายความร้อนของมอเตอร์ที่ความเร็วต่ำแย่ลง อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว และยากที่จะรักษาแรงบิดให้คงที่

ครั้งที่สอง ตลักษณะของมอเตอร์แปลงความถี่

1. การออกแบบทางแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์อะซิงโครนัสทั่วไป พารามิเตอร์ประสิทธิภาพหลักที่พิจารณาในการออกแบบใหม่ ได้แก่ ความสามารถในการรับภาระเกินพิกัด ประสิทธิภาพการสตาร์ท ประสิทธิภาพ และตัวประกอบกำลัง ส่วนมอเตอร์แปลงความถี่ เนื่องจากค่าสลิปวิกฤตแปรผกผันกับความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ จึงสามารถสตาร์ทได้โดยตรงเมื่อค่าสลิปวิกฤตใกล้เคียงกับ 1 ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องพิจารณาความสามารถในการรับภาระเกินพิกัดและประสิทธิภาพการสตาร์ทมากนัก แต่ปัญหาสำคัญที่ต้องแก้ไขคือวิธีการปรับปรุงการตอบสนองของมอเตอร์ต่อแหล่งจ่ายไฟ และความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับแหล่งจ่ายไฟที่ไม่เป็นคลื่นไซน์ วิธีการโดยทั่วไปมีดังนี้:

1) ลดความต้านทานของสเตเตอร์และโรเตอร์ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้การลดความต้านทานของสเตเตอร์จะช่วยลดการสูญเสียทองแดงพื้นฐานเพื่อชดเชยการสูญเสียทองแดงที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากฮาร์โมนิกส์ลำดับสูง

2) เพื่อลดฮาร์โมนิกส์ที่สูงขึ้นในกระแสไฟฟ้า จำเป็นต้องเพิ่มค่าความเหนี่ยวนำของมอเตอร์ให้เหมาะสมอย่างไรก็ตาม ค่าความต้านทานการรั่วไหลของร่องโรเตอร์มีขนาดใหญ่ ผลกระทบจากกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านผิวโลหะก็มีขนาดใหญ่ และการสูญเสียทองแดงของฮาร์โมนิกส์ลำดับสูงก็เพิ่มขึ้นด้วย ดังนั้น ขนาดของค่าความต้านทานการรั่วไหลของมอเตอร์จึงควรคำนึงถึงความเหมาะสมของการจับคู่ความต้านทานในช่วงความเร็วทั้งหมดด้วย

3) โดยทั่วไปแล้ว วงจรแม่เหล็กหลักของมอเตอร์ปรับความถี่จะถูกออกแบบให้อยู่ในสภาวะไม่อิ่มตัว เหตุผลประการหนึ่งคือ ต้องพิจารณาว่าฮาร์โมนิกส์ลำดับสูงจะทำให้วงจรแม่เหล็กอิ่มตัวมากขึ้น อีกประการหนึ่งคือ ต้องพิจารณาว่าที่ความถี่ต่ำ แรงดันเอาต์พุตของตัวแปลงความถี่ควรเพิ่มขึ้นอย่างเหมาะสมเพื่อเพิ่มแรงบิดเอาต์พุต

2. การออกแบบโครงสร้างในการออกแบบโครงสร้างนั้น จะพิจารณาถึงอิทธิพลของลักษณะกำลังไฟฟ้าที่ไม่เป็นรูปคลื่นไซน์ที่มีต่อโครงสร้างฉนวน การสั่นสะเทือน และวิธีการระบายความร้อนของมอเตอร์ปรับความถี่เป็นหลัก โดยทั่วไปแล้ว ควรให้ความสำคัญกับประเด็นต่อไปนี้:

1) ระดับฉนวนโดยทั่วไปคือระดับ F หรือสูงกว่า เพื่อเสริมความแข็งแรงของฉนวนลงดินและฉนวนของขดลวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถของฉนวนในการทนต่อแรงดันไฟฟ้ากระแทก

2) สำหรับการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนของมอเตอร์จำเป็นต้องพิจารณาความแข็งแกร่งของชิ้นส่วนมอเตอร์และโดยรวมอย่างครบถ้วน และพยายามเพิ่มความถี่ธรรมชาติเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดเรโซแนนซ์กับคลื่นแรงแต่ละลูก

3) วิธีการระบายความร้อน:โดยทั่วไปจะใช้การระบายความร้อนแบบบังคับ กล่าวคือ พัดลมระบายความร้อนของมอเตอร์หลักจะถูกขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์อิสระ

4) เพื่อป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเพลาควรใช้มาตรการฉนวนหุ้มแบริ่งสำหรับมอเตอร์ที่มีกำลังเกิน 160 กิโลวัตต์ เหตุผลหลักคือ มอเตอร์ประเภทนี้มักเกิดความไม่สมมาตรของวงจรแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้าตามแนวแกน เมื่อกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากส่วนประกอบความถี่สูงอื่นๆ ทำงานร่วมกัน กระแสไฟฟ้าตามแนวแกนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้แบริ่งเสียหาย ดังนั้นโดยทั่วไปจึงต้องใช้มาตรการฉนวนหุ้มแบริ่ง

5) สำหรับมอเตอร์ปรับความถี่กำลังคงที่ เมื่อความเร็วเกิน 3000 รอบ/นาที ควรใช้จาระบีชนิดพิเศษที่ทนความร้อนสูงเพื่อชดเชยอุณหภูมิที่สูงขึ้นของแบริ่ง มอเตอร์ปรับความถี่สามารถทำงานได้เป็นเวลานานในช่วง 0.1Hz–130Hz มอเตอร์ทั่วไปสามารถทำงานได้ในช่วง 20–65Hz สำหรับ 2 ขั้ว และช่วง 25–75Hz สำหรับ 4 ขั้ว มอเตอร์ 6 ขั้วเหมาะสำหรับการใช้งานระยะยาวในช่วง 30–85Hz และมอเตอร์ 8 ขั้วเหมาะสำหรับการใช้งานระยะยาวในช่วง 35–100Hz

การเลือกมอเตอร์: 

ก่อนอื่น ควรเลือกกำลังของมอเตอร์ตามกำลังเฉลี่ยและกำลังสูงสุดที่ต้องการโดยโหลดขณะเคลื่อนที่ โดยแปลงเป็นด้านเพลามอเตอร์ (อาจมีตัวลด รอก และอุปกรณ์ลดขนาดอื่นๆ) และควรพิจารณาความสามารถในการโอเวอร์โหลดของมอเตอร์ด้วย ผู้ผลิตมอเตอร์สามารถระบุเส้นโค้งลักษณะแรงบิดของมอเตอร์ได้ และลักษณะของมอเตอร์จะเปลี่ยนไปที่อุณหภูมิต่างกัน อย่างไรก็ตาม: แน่นอนว่าลำดับของการเลือกคือให้เลือกมอเตอร์ก่อน แล้วจึงเลือกตัวแปลงความถี่ตามมอเตอร์ เนื่องจากเป้าหมายสูงสุดของการควบคุมไม่ใช่ตัวแปลงความถี่หรือมอเตอร์ แต่เป็นภาระทางกล