ความแตกต่างหลักระหว่างมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยแหล่งจ่ายไฟแบบแปลงความถี่และมอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยคลื่นไซน์ความถี่กำลังไฟฟ้าคือ ในด้านหนึ่ง มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยแปลงความถี่ทำงานในช่วงความถี่กว้างตั้งแต่ความถี่ต่ำถึงความถี่สูง และในอีกด้านหนึ่ง รูปคลื่นกำลังไฟฟ้าไม่ใช่รูปคลื่นไซน์ จากการวิเคราะห์อนุกรมฟูริเยร์ของรูปคลื่นแรงดัน พบว่ารูปคลื่นของแหล่งจ่ายไฟมีฮาร์มอนิกมากกว่า 2N ตัว นอกเหนือจากส่วนประกอบคลื่นพื้นฐาน (คลื่นควบคุม) (จำนวนคลื่นมอดูเลชันที่อยู่ในแต่ละครึ่งของคลื่นควบคุมคือ N) เมื่อตัวแปลง AC แบบ SPWM จ่ายพลังงานและส่งไปยังมอเตอร์ รูปคลื่นกระแสบนมอเตอร์จะปรากฏเป็นคลื่นไซน์ที่มีฮาร์มอนิกซ้อนทับอยู่ กระแสฮาร์มอนิกจะสร้างส่วนประกอบฟลักซ์แม่เหล็กแบบพัลส์ในวงจรแม่เหล็กของมอเตอร์อะซิงโครนัส และส่วนประกอบฟลักซ์แม่เหล็กแบบพัลส์นี้จะซ้อนทับกับฟลักซ์แม่เหล็กหลัก ทำให้ฟลักซ์แม่เหล็กหลักมีส่วนประกอบฟลักซ์แม่เหล็กแบบพัลส์อยู่ด้วย ส่วนประกอบของฟลักซ์แม่เหล็กที่สั่นไหวทำให้วงจรแม่เหล็กมีแนวโน้มที่จะอิ่มตัว ซึ่งส่งผลต่อการทำงานของมอเตอร์ดังต่อไปนี้:
1. เกิดสนามแม่เหล็กแบบสั่นขึ้น
การสูญเสียเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพลดลง เนื่องจากเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟแบบปรับความถี่ได้มีฮาร์โมนิกส์ลำดับสูงจำนวนมาก ฮาร์โมนิกส์เหล่านี้จะทำให้เกิดการสิ้นเปลืองทองแดงและเหล็กตามไปด้วย ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง แม้แต่เทคโนโลยีความกว้างพัลส์ไซน์แบบ SPWM ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ก็สามารถยับยั้งเฉพาะฮาร์โมนิกส์ต่ำและลดแรงบิดที่สั่นไหวของมอเตอร์ จึงช่วยขยายช่วงการทำงานที่เสถียรของมอเตอร์ที่ความเร็วต่ำเท่านั้น ส่วนฮาร์โมนิกส์ที่สูงกว่านั้นไม่เพียงแต่ไม่ลดลง แต่กลับเพิ่มขึ้น โดยทั่วไป เมื่อเทียบกับแหล่งจ่ายไฟไซน์ความถี่ปกติ ประสิทธิภาพจะลดลง 1% ถึง 3% และตัวประกอบกำลังจะลดลง 4% ถึง 10% ดังนั้นการสูญเสียฮาร์โมนิกส์ของมอเตอร์ภายใต้แหล่งจ่ายไฟแบบปรับความถี่จึงเป็นปัญหาใหญ่
b) ก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากการมีอยู่ของฮาร์โมนิกส์ลำดับสูงหลายชุด การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นด้วย การลดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนนั้นเป็นปัญหาอยู่แล้วสำหรับมอเตอร์ที่ใช้ไฟเลี้ยงแบบคลื่นไซน์ สำหรับมอเตอร์ที่ใช้อินเวอร์เตอร์ ปัญหาจะซับซ้อนยิ่งขึ้นเนื่องจากลักษณะของแหล่งจ่ายไฟที่ไม่เป็นรูปคลื่นไซน์
ค) แรงบิดแบบสั่นความถี่ต่ำเกิดขึ้นที่ความเร็วต่ำ การสังเคราะห์ของแรงเคลื่อนแม่เหล็กฮาร์มอนิกและกระแสฮาร์มอนิกของโรเตอร์ ส่งผลให้เกิดแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าฮาร์มอนิกคงที่และแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าฮาร์มอนิกสลับ แรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าฮาร์มอนิกสลับจะทำให้มอเตอร์สั่น ส่งผลกระทบต่อการทำงานที่เสถียรที่ความเร็วต่ำ แม้จะใช้โหมดการมอดูเลชั่น SPWM แล้วก็ตาม เมื่อเทียบกับแหล่งจ่ายไฟไซน์ความถี่ไฟฟ้าแล้ว ก็ยังคงมีฮาร์มอนิกส์ลำดับต่ำอยู่บ้าง ซึ่งจะทำให้เกิดแรงบิดแบบสั่นที่ความเร็วต่ำและส่งผลกระทบต่อการทำงานที่เสถียรของมอเตอร์ที่ความเร็วต่ำ
2. สร้างแรงดันอิมพัลส์และแรงดัน (กระแส) ตามแนวแกนให้กับฉนวน
ก) เกิดแรงดันไฟกระชาก เมื่อมอเตอร์ทำงาน แรงดันไฟที่จ่ายมักจะซ้อนทับกับแรงดันไฟกระชากที่เกิดขึ้นเมื่อส่วนประกอบในอุปกรณ์แปลงความถี่ถูกสลับขั้ว และบางครั้งแรงดันไฟกระชากอาจสูงมาก ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าช็อตซ้ำๆ ที่ขดลวดและทำให้ฉนวนเสียหาย
b) การเกิดแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าตามแนวแกน การเกิดแรงดันไฟฟ้าที่เพลาส่วนใหญ่เกิดจากความไม่สมดุลของวงจรแม่เหล็กและปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำไฟฟ้าสถิต ซึ่งไม่รุนแรงในมอเตอร์ทั่วไป แต่จะเด่นชัดมากขึ้นในมอเตอร์ที่ใช้แหล่งจ่ายไฟแบบปรับความถี่ได้ หากแรงดันไฟฟ้าที่เพลาสูงเกินไป สภาพการหล่อลื่นของฟิล์มน้ำมันระหว่างเพลาและแบริ่งจะเสียหาย และอายุการใช้งานของแบริ่งจะสั้นลง
ค) การระบายความร้อนมีผลต่อประสิทธิภาพการระบายความร้อนเมื่อทำงานที่ความเร็วต่ำ เนื่องจากมอเตอร์ปรับความถี่ได้มีช่วงการปรับความเร็วที่กว้าง จึงมักทำงานที่ความเร็วต่ำและความถี่ต่ำ ในขณะนี้ เนื่องจากความเร็วต่ำมาก อากาศเย็นที่ได้จากการระบายความร้อนด้วยพัดลมแบบเดิมของมอเตอร์ทั่วไปจึงไม่เพียงพอ ทำให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อนลดลง และจำเป็นต้องใช้พัดลมระบายความร้อนเพิ่มเติม
อิทธิพลทางกลมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการสั่นพ้อง โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์ทางกลใดๆ ก็ตามจะก่อให้เกิดปรากฏการณ์การสั่นพ้อง อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ที่ทำงานด้วยความถี่และความเร็วคงที่ ควรหลีกเลี่ยงการสั่นพ้องกับความถี่ธรรมชาติทางกลของการตอบสนองความถี่ทางไฟฟ้าที่ 50 เฮิรตซ์ เมื่อมอเตอร์ทำงานด้วยการแปลงความถี่ ความถี่ในการทำงานจะมีช่วงกว้าง และแต่ละส่วนประกอบก็มีความถี่ธรรมชาติของตัวเอง ซึ่งง่ายต่อการทำให้เกิดการสั่นพ้องที่ความถี่ใดความถี่หนึ่ง
วันที่เผยแพร่: 25 กุมภาพันธ์ 2568