I motori sono ampiamente utilizzati. Prima che non esistesse il convertitore di frequenza, utilizzavamo la maggior parte dei motori a frequenza industriale.

I. I motori asincroni ordinari sono progettati in base a frequenza costante e tensione costante ed è impossibile soddisfare pienamente i requisiti di conversione di frequenza e regolazione della velocità. Di seguito è riportata l'influenza del convertitore di frequenza sul motore:

1. Efficienza e aumento di temperatura del motore. Indipendentemente dal tipo di convertitore di frequenza, durante il funzionamento vengono generati diversi livelli di tensione e corrente armoniche, pertanto il motore opera con tensione e corrente non sinusoidali. Secondo le informazioni disponibili, prendendo come esempio l'inverter PWM a onda sinusoidale comunemente utilizzato, le sue armoniche di ordine inferiore sono sostanzialmente nulle, mentre le restanti componenti armoniche di ordine superiore, circa il doppio della frequenza portante, sono pari a 2u+1 (dove u è il rapporto di modulazione). Le armoniche superiori causano un aumento delle perdite di rame nello statore del motore, delle perdite di rame (alluminio) nel rotore, delle perdite nel ferro e di altre perdite, la più significativa delle quali è la perdita di rame (alluminio) nel rotore. Poiché il motore asincrono ruota a una velocità sincrona prossima alla frequenza fondamentale, la tensione armonica di ordine superiore attraversa le barre del rotore con un elevato slittamento, causando ingenti perdite nel rotore. Inoltre, è necessario considerare le perdite di rame aggiuntive dovute all'effetto pelle. Queste perdite provocano un eccessivo riscaldamento del motore, riducendone l'efficienza e la potenza erogata. Se un normale motore asincrono trifase viene azionato con un'erogazione di potenza non sinusoidale da parte del convertitore di frequenza, la sua temperatura aumenterà generalmente del 10%-20%.

2. La resistenza dell'isolamento del motore. Attualmente, molti inverter di piccole e medie dimensioni utilizzano il controllo PWM. La sua frequenza portante è di circa diverse migliaia fino a oltre dieci kilohertz, il che fa sì che l'avvolgimento dello statore del motore sopporti un elevato tasso di aumento della tensione, equivalente all'applicazione di una tensione impulsiva ripida al motore, sottoponendo l'isolamento tra le spire del motore a test più severi. Inoltre, la tensione impulsiva rettangolare generata dall'inverter PWM si sovrappone alla tensione di funzionamento del motore, il che rappresenta una minaccia per l'isolamento di terra del motore, e l'isolamento di terra subisce un invecchiamento accelerato a causa di ripetuti impatti ad alta tensione.

3. Rumore elettromagnetico armonico e vibrazioni. Quando i normali motori asincroni sono alimentati da convertitori di frequenza, le vibrazioni e il rumore causati da fattori elettromagnetici, meccanici, di ventilazione e di altro tipo diventano più complessi. Le varie armoniche temporali contenute nell'alimentatore a frequenza variabile interferiscono con le armoniche spaziali intrinseche della parte elettromagnetica del motore, generando diverse forze di eccitazione elettromagnetica. Quando la frequenza dell'onda di forza elettromagnetica è uguale o vicina alla frequenza di vibrazione naturale del corpo del motore, si verifica un fenomeno di risonanza, con conseguente aumento del rumore. A causa dell'ampio intervallo di frequenza operativa del motore e dell'ampia gamma di variazione della velocità, è difficile che la frequenza delle diverse onde di forza elettromagnetica eviti la frequenza di vibrazione naturale di ciascun componente del motore.

4. Adattabilità del motore ad avviamenti e frenate frequenti. Poiché il motore è alimentato da un convertitore di frequenza, può essere avviato a una frequenza e tensione molto basse senza corrente di spunto e può essere frenato rapidamente utilizzando vari metodi di frenatura forniti dal convertitore di frequenza, creando le condizioni per avviamenti e frenate frequenti, quindi il sistema meccanico e il sistema elettromagnetico del motore sono sottoposti all'azione di una forza alternata ciclica, che causa problemi di affaticamento e invecchiamento accelerato alla struttura meccanica e alla struttura di isolamento.

5. Problema di raffreddamento a bassa velocità. Innanzitutto, l'impedenza del motore asincrono non è ideale. Quando la frequenza di rete è bassa, la perdita causata dalle armoniche di ordine superiore nell'alimentazione è relativamente elevata. In secondo luogo, quando la velocità dei normali motori asincroni diminuisce, il volume dell'aria di raffreddamento diminuisce proporzionalmente al cubo della velocità, con conseguente deterioramento delle condizioni di raffreddamento del motore a basse velocità, un rapido aumento della temperatura e difficoltà nel raggiungere una coppia costante.

II. Tlui caratteristiche del motore di conversione di frequenza

1. Progettazione elettromagnetica. Per i motori asincroni ordinari, i principali parametri prestazionali considerati nella riprogettazione sono la capacità di sovraccarico, le prestazioni di avviamento, l'efficienza e il fattore di potenza. Per quanto riguarda il motore a frequenza variabile, poiché lo slittamento critico è inversamente proporzionale alla frequenza di alimentazione, può essere avviato direttamente quando lo slittamento critico è prossimo a 1. Pertanto, la capacità di sovraccarico e le prestazioni di avviamento non devono essere considerate eccessivamente, ma il problema chiave da risolvere è come migliorare la risposta del motore all'alimentazione. Adattabilità ad alimentazioni non sinusoidali. Il metodo è generalmente il seguente:

1) Ridurre il più possibile la resistenza dello statore e del rotore. La riduzione della resistenza dello statore può diminuire le perdite fondamentali nel rame, compensando così l'aumento delle perdite nel rame causato dalle armoniche di ordine superiore.

2) Per sopprimere le armoniche superiori nella corrente, è necessario aumentare opportunamente l'induttanza del motore. Tuttavia, la reattanza di dispersione della cava del rotore è elevata, l'effetto pelle è anch'esso elevato e aumentano anche le perdite di rame dovute alle armoniche di ordine superiore. Pertanto, la dimensione della reattanza di dispersione del motore deve tenere conto della razionalità dell'adattamento di impedenza nell'intero intervallo di velocità.

3) Il circuito magnetico principale del motore a frequenza variabile è generalmente progettato per trovarsi in uno stato non saturo. Da un lato, bisogna considerare che le armoniche di ordine superiore accentuano la saturazione del circuito magnetico. Dall'altro, bisogna considerare che alle basse frequenze, la tensione di uscita del convertitore di frequenza dovrebbe essere opportunamente aumentata per incrementare la coppia in uscita.

2. Progettazione strutturale. Nella progettazione della struttura, si considera principalmente l'influenza delle caratteristiche di potenza non sinusoidali sulla struttura di isolamento, sulle vibrazioni e sui metodi di raffreddamento del rumore del motore a frequenza variabile. In generale, occorre prestare attenzione ai seguenti aspetti:

1) Grado di isolamento , generalmente di grado F o superiore, per rafforzare l'isolamento di terra e la resistenza dell'isolamento delle spire, in particolare la capacità dell'isolamento di resistere alla tensione di impatto.

2) Per quanto riguarda le vibrazioni e il rumore del motore , è necessario considerare appieno la rigidità dei componenti del motore e dell'intero sistema, e cercare di aumentarne la frequenza naturale per evitare la risonanza con ciascuna onda di forza.

3) Metodo di raffreddamento: Generalmente, per il raffreddamento si utilizza la ventilazione forzata, ovvero la ventola di raffreddamento del motore principale è azionata da un motore indipendente.

4) Per prevenire le correnti assiali , è necessario adottare misure di isolamento dei cuscinetti per i motori con potenza superiore a 160 kW. Il motivo principale è la facile formazione di asimmetrie del circuito magnetico e di correnti assiali. Quando le correnti generate da altri componenti ad alta frequenza lavorano insieme, la corrente assiale aumenta notevolmente, causando danni ai cuscinetti; per questo motivo, in genere si adottano misure di isolamento.

5) Per i motori a frequenza variabile a potenza costante, quando la velocità supera i 3000 giri/min, è necessario utilizzare un grasso speciale resistente alle alte temperature per compensare l'aumento di temperatura del cuscinetto. Il motore a frequenza variabile può funzionare a lungo termine nell'intervallo 0.1 Hz–130 Hz, il motore ordinario può funzionare nell'intervallo 20–65 Hz per 2 poli e nell'intervallo 25–75 Hz per 4 poli. Il motore a 6 poli è per il funzionamento a lungo termine nell'intervallo 30–85 Hz e il motore a 8 poli è per il funzionamento a lungo termine nell'intervallo 35–100 Hz.

Selezione del motore: 

Innanzitutto, la potenza del motore deve essere scelta in base alla potenza media e alla potenza massima richiesta dal carico quando è in movimento, convertita dal lato dell'albero motore (potrebbe essere presente un riduttore, una puleggia e altri dispositivi di riduzione) e va considerata anche la capacità di sovraccarico del motore. Il produttore del motore può fornire la curva caratteristica della coppia del motore e le caratteristiche del motore cambieranno a temperature diverse. A proposito: l'ordine di selezione è, ovviamente, selezionare prima il motore e poi selezionare il convertitore di frequenza in base al motore, perché l'obiettivo finale del controllo non è il convertitore di frequenza o il motore, ma il carico meccanico.