La principale differenza tra un motore alimentato da un convertitore di frequenza e un motore alimentato da un'onda sinusoidale a frequenza di rete risiede nel fatto che, da un lato, il primo opera in un ampio intervallo di frequenza, dalle basse alle alte frequenze, e dall'altro, la forma d'onda della corrente non è sinusoidale. Attraverso l'analisi in serie di Fourier della forma d'onda della tensione, si osserva che la forma d'onda dell'alimentazione contiene più di 2N armoniche oltre alla componente fondamentale (onda di controllo) (il numero di onde di modulazione contenute in ciascuna metà dell'onda di controllo è N). Quando il convertitore CA SPWM eroga potenza e la applica al motore, la forma d'onda della corrente sul motore appare come un'onda sinusoidale con armoniche sovrapposte. La corrente armonica genera una componente di flusso magnetico pulsante nel circuito magnetico del motore asincrono, e tale componente si sovrappone al flusso magnetico principale, in modo che quest'ultimo contenga una componente di flusso magnetico pulsante. La componente di flusso magnetico pulsante tende inoltre alla saturazione del circuito magnetico, con i seguenti effetti sul funzionamento del motore:
1. Viene generato un flusso magnetico pulsante
Le perdite aumentano e l'efficienza diminuisce. Poiché l'uscita dell'alimentatore a frequenza variabile contiene un gran numero di armoniche di ordine elevato, queste armoniche producono il corrispondente consumo di rame e ferro, riducendo l'efficienza operativa. Anche la tecnologia SPWM (Split-Wave Width Modulation), ampiamente utilizzata attualmente, sopprime solo le armoniche di basso ordine e riduce la coppia pulsante del motore, estendendo così il campo di funzionamento stabile del motore a bassa velocità. Le armoniche di ordine superiore, invece, non solo non diminuiscono, ma aumentano. In generale, rispetto a un alimentatore sinusoidale a frequenza di rete, l'efficienza si riduce dall'1% al 3% e il fattore di potenza dal 4% al 10%, quindi la perdita di armoniche del motore con un alimentatore a frequenza variabile rappresenta un grosso problema.
b) Generazione di vibrazioni e rumore elettromagnetici. A causa della presenza di una serie di armoniche di ordine superiore, si generano anche vibrazioni e rumore elettromagnetici. Ridurre vibrazioni e rumore è già un problema per i motori alimentati da onda sinusoidale. Per i motori alimentati da inverter, il problema si complica ulteriormente a causa della natura non sinusoidale dell'alimentazione.
c) A bassa velocità si verifica una coppia pulsante a bassa frequenza. La forza magnetomotrice armonica e la corrente armonica del rotore si combinano, generando una coppia elettromagnetica armonica costante e una coppia elettromagnetica armonica alternata. Quest'ultima provoca pulsazioni nel motore, compromettendo il funzionamento stabile a bassa velocità. Anche utilizzando la modulazione SPWM, rispetto all'alimentazione sinusoidale a frequenza di rete, si generano armoniche di basso ordine che producono una coppia pulsante a bassa velocità e influiscono sul funzionamento stabile del motore a bassa velocità.
2. Generare tensione impulsiva e tensione assiale (corrente) all'isolamento
a) Si verificano picchi di tensione. Quando il motore è in funzione, la tensione applicata si sovrappone spesso ai picchi di tensione generati dalla commutazione dei componenti del convertitore di frequenza, e talvolta questi picchi di tensione sono elevati, provocando ripetute scosse elettriche all'avvolgimento e danni all'isolamento.
b) Generazione di tensione assiale e corrente assiale. La generazione di tensione sull'albero è dovuta principalmente alla presenza di squilibri nel circuito magnetico e al fenomeno dell'induzione elettrostatica, che non è grave nei motori ordinari, ma è più pronunciato nei motori alimentati da un alimentatore a frequenza variabile. Se la tensione sull'albero è troppo elevata, lo stato di lubrificazione del film d'olio tra l'albero e il cuscinetto si deteriorerà e la durata di vita del cuscinetto si ridurrà.
c) La dissipazione del calore influisce sull'effetto di dissipazione del calore quando si funziona a bassa velocità. A causa dell'ampio intervallo di regolazione della velocità del motore a frequenza variabile, questo spesso funziona a bassa velocità e bassa frequenza. In questo caso, poiché la velocità è molto bassa, l'aria di raffreddamento fornita dal sistema di raffreddamento a ventola integrato utilizzato dai motori ordinari è insufficiente, l'effetto di dissipazione del calore si riduce e si rende necessario l'utilizzo di un sistema di raffreddamento a ventola indipendente.
L'influenza meccanica è soggetta a risonanza; in generale, qualsiasi dispositivo meccanico produce fenomeni di risonanza. Tuttavia, un motore che funziona a frequenza e velocità costanti dovrebbe evitare la risonanza con la frequenza naturale meccanica della risposta in frequenza elettrica di 50 Hz. Quando il motore funziona con un convertitore di frequenza, la frequenza operativa ha un ampio intervallo e ogni componente ha la propria frequenza naturale, il che può facilmente causare risonanza a una determinata frequenza.
Data di pubblicazione: 25 febbraio 2025