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  綠茵四方 2013-07-26 00:00:00

  用的是PWM控制技術(shù)。電力電子技術(shù)上有這個原理的解釋。

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  柯慕漓 2017-10-09 00:00:00

  　　我們知道，三相異步電機的同步轉(zhuǎn)速n＝60f/p，則表明其轉(zhuǎn)速與電源頻率f 成正比，與其電動機的極對數(shù)成反比，因此通過改變電源的頻率可改變電機的轉(zhuǎn)速。變頻器的原理見下圖：

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  ytmousewzh 2013-07-26 00:00:00

  采用變頻器對三相異步電動機實行變頻變壓調(diào)速，在額定頻率以下可得恒轉(zhuǎn)矩特性；在額定頻率以上可得恒功率特性。但是，無論何種形式的變頻器，其輸出電壓和電流中，均含有高次諧波，與通常電網(wǎng)供電的正弦波有著較大的差別。而且，由于調(diào)速過程中供電頻率需在一個較大的范圍內(nèi)變化，因而電動機的運行特性會有相應(yīng)的改變。 1 變頻調(diào)速異步電動機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性? 　　根據(jù)電機原理和三相異步電動機的T型等值電路，異步電動機的轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)差率S的關(guān)系為： 式中 m1——相數(shù)； 　　?P1——極對數(shù)； 　　?Em——感應(yīng)電勢，Em=4.44f1Kdp1W1∮； 　　?f1——電源頻率； 　　?r2′、L2′——T型等值電路中算到定子邊的轉(zhuǎn)子電阻和電感； 　　?f1′——T型等值電路中的頻率； 　　?Kdp1——定子繞組的繞組系數(shù)； 　　?W1——定子繞組的每極匝數(shù)； 　??∮——磁通量。 　　Z大轉(zhuǎn)矩Mm與產(chǎn)生Z大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率（即臨時轉(zhuǎn)差）Sm分別為： 由此可見，變頻調(diào)速異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性，應(yīng)是Em/f1與轉(zhuǎn)子電流頻率Sf1的函數(shù)，只要保持Em/f1不變，即保持氣隙磁通不變，轉(zhuǎn)矩就成為轉(zhuǎn)差頻率(即轉(zhuǎn)子電流頻率)Sm的函數(shù)。而Z大轉(zhuǎn)矩則直接與Em/f1相關(guān)。如能保持Em/f1為常數(shù)，那么Z大轉(zhuǎn)矩就可保持恒定。而且，由于臨界轉(zhuǎn)差率Sm是電源頻率的函數(shù)，因此，當電源頻率改變時，Sm也隨之改變。這樣，就為異步電動機的起動創(chuàng)造了良好的條件。如果能保持Em/f1不變，并選擇適當?shù)钠饎宇l率，使Sm接近于1，電機就有可能在較低的起動頻率和相應(yīng)電壓下以Z大轉(zhuǎn)速起動，不會像恒頻恒壓供電時那樣由于全壓起動，而給電網(wǎng)帶來數(shù)倍于電機額定電流的啟動電流的沖擊。 在變頻器中，若用U1/f1代替Em/f1進行恒轉(zhuǎn)矩控制，當電壓U1隨f1成比例地減小時，由于定子阻抗壓降的存在，將使Em/f1磁通減小，轉(zhuǎn)矩降低。為了補償這一變化，一般變頻器都采用了在低速范圍內(nèi)適當提高U1/f1的控制方式。但是，必須注意，U1/f1值太大會造成輕載時的過激勵，使電路飽和，勵磁電流增加。? 　　以上用恒定磁通實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的分析，于額定功率以下的情況。當速度調(diào)節(jié)達到額定轉(zhuǎn)速時，電壓已經(jīng)達到額定值，不能再隨著頻率的升高而增加。因此，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，當頻率從額定值往上調(diào)時，電壓需保持穩(wěn)定。故磁通及轉(zhuǎn)矩將隨著頻率的升高而減小，即對電機進行“弱磁控制”，傳動系統(tǒng)將處于恒功率狀態(tài)下運行。 2 變頻調(diào)速對電機的影響? 　　目前，普通異步電動機都是按恒壓設(shè)計的，它不完全適應(yīng)變頻調(diào)速的要求，具體反映在以下方面。 2.1 電動機的效率和升溫問題? 　　不論何種型式的變頻器，在工作中均會產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和諧波電流，使異步電動機在非正弦電流下運動。以目前比較普遍使用的正弦波PWM變頻器為例，其低次諧波基本上為零，剩下的是比載波頻率(晶體管開關(guān)頻率)高1倍左右的高次諧波分量2μ+1(μ為調(diào)制比)。 高次諧波會引起定子銅耗、轉(zhuǎn)子鋁耗、鐵耗及附加損耗的增加，其中Z為顯著的是轉(zhuǎn)子損耗。因為異步電動機是以接近于基波頻率所對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因而高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導條后便產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗。? 除此以外，還必須考慮到因集膚效應(yīng)所產(chǎn)生的附加銅耗。若是異步電動機為改善起動性能而采用了深槽、刀形槽或瓶形槽等轉(zhuǎn)子槽形時，轉(zhuǎn)子鋁耗的增加將更大。這些損耗都會使電機額外發(fā)熱，效率降低，輸出下降，如將普通異步電動機運行于變頻器輸出的非正弦電源條件下，其升溫一般約增加10%～12%。 2.2 電動機絕緣結(jié)構(gòu)承受沖擊電壓的能力? 　　目前中小容量變頻器絕大多數(shù)采用PWM控制方式。其載波頻率約為幾kHz到十幾kHz，這就使電動機線圈需要承受很高的電壓上升率，即dU/dt值很高，相當于電動機線圈上反復施加電壓陡度極大的沖擊電壓，使電機匝間絕緣承受考驗。 　?另外，由PWM變頻器產(chǎn)生的矩形斬波沖擊電壓疊加在電動機運行電壓上，會對電機的對地絕緣形成威脅，在高電壓的反復沖擊下加速老化。 2.3 諧波電磁噪聲與震動? 　　當采用變頻器供電時，普通異步電動機上由電磁機械和通風等原因所引起的震動和噪音將變得更加復雜。變頻器電源中含有的各次諧波與電機電磁部分的固有諧波相互干擾，形成各種電磁激震力，當電磁力波的頻率和結(jié)構(gòu)件的固有震動頻率一致或接近時，將產(chǎn)生共振現(xiàn)象，加大噪聲。由于電機工作的頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化的范圍大，各種電磁力波的頻率很難避開電機各種結(jié)構(gòu)件的固有頻率。普通異步電動機用變頻器供電時的噪聲，比用電網(wǎng)供電時一般約增加1015dB左右。 2.4 電動機對頻繁起制動的適應(yīng)能力? 　　采用變頻器供電后，電動機可以在很低的頻率和電壓下以無沖擊電流的方式起動，并可以利用變頻器所提供的各種制動方式進行快速制動，為實現(xiàn)頻繁起制動創(chuàng)造了良好的條件。例如：應(yīng)用在鋼廠輥道上及轉(zhuǎn)爐傾動上的變頻電動機，起制動或正反轉(zhuǎn)的次數(shù)可達到數(shù)百上千次，因而，電動機的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)處于循環(huán)交變的作用下，給電動機的機械結(jié)構(gòu)和絕緣結(jié)構(gòu)帶來疲勞和加速老化問題。 2.5 低速時的冷卻問題 　　在電源頻率較大時，因普通異步電動機的阻抗不盡理想，使電源中高次諧波所引起的損耗較大；其次，自帶風扇的普通異步電動機在轉(zhuǎn)速降低時，冷卻風量將與轉(zhuǎn)速的3次方成比例減少，這必將使電動機的低速溫升急劇增加，而難以實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。 3 變頻調(diào)速三相異步電動機的改進? 　　通過上面的分析可以看出，普通異步電動機不適宜運行在變頻調(diào)速系統(tǒng)下。為此，需研究和設(shè)計新的供變頻調(diào)速專用的異步電動機系列。 3.1 電磁特性的改進? 　　對于恒頻恒電壓供電的普通異步電動機，在電磁設(shè)計中，主要考慮的性能參數(shù)是過載能力、起動特性、效率和功率因數(shù)。在變頻調(diào)速的異步電動機中，由于臨界轉(zhuǎn)差與電源頻率成反比，因此只要選擇轉(zhuǎn)子參數(shù)r′2、L′2，就可降低頻率，在臨界轉(zhuǎn)差接近于1時直接起動，從而提高電動機對非正弦電源波形的適應(yīng)能力。為此，可以考慮： (1)降低定子電阻，提高轉(zhuǎn)子電阻。降低定子電阻既可以減少基波銅耗，以彌補高次諧波引起的銅耗增加，又可減小低速時的定子電阻壓降，使Z大轉(zhuǎn)矩有所上升。此外，變頻電機采用較大的轉(zhuǎn)子電阻不但可以減少由基波和高次諧波所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子鋁耗，還可以依靠L2/r2的加大，在一定程度上YZ低速時的轉(zhuǎn)矩脈動。 (2)目前一般市售通用變頻器，以電壓型居多，為YZ電流中的高次諧波，需要適當增加電機的電感量。但由于電機轉(zhuǎn)子槽有漏抗較大的槽形，集膚效應(yīng)也大，故高次諧波銅耗也增大。而且，從式(2)可知，具有較大轉(zhuǎn)子電感的電動機，在恒功率調(diào)速區(qū)域，Z大轉(zhuǎn)矩將隨電源頻率的增加而降低，有可能使電機難以維持恒功率運行。因此，電機漏電感的大小要兼顧到整個調(diào)速范圍內(nèi)阻抗匹配的合理性。 (3)變頻調(diào)速異步電動機的主磁路設(shè)計一般均不十分飽和。這一方面是考慮到電源中的高次諧波會加深磁路飽和；另一方面也考慮到低頻時為了提高輸出轉(zhuǎn)矩而適當提高變頻器的輸出電壓。 3.2 結(jié)構(gòu)改進 由于電源的非正弦波特性對變頻電動機的絕緣結(jié)構(gòu)、震動、噪音、冷卻方式等多有影響，因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮： (1)在把電動機耐熱等級提高的基礎(chǔ)上，還必須對地絕緣強度和導線匝間絕緣的耐沖擊電壓能力有充分的考慮。 (2)在震動和噪聲的問題上，除了選擇合適的定、轉(zhuǎn)子槽配合之外，對定轉(zhuǎn)子部件的加工和裝配精度也應(yīng)有較高的要求，以提高氣隙均勻度、轉(zhuǎn)子的動平衡精度和電磁對稱性，對結(jié)構(gòu)件要充分考慮剛性問題。 3.3 改進效果 　　在1997～1998年間，濟南鋼鐵集團總公司(簡稱濟鋼)對部分電動機調(diào)速系統(tǒng)進行了改造，Z初是使用“變頻器+普通異步電動機”進行調(diào)速。但在電動機頻繁正反轉(zhuǎn)、起制動的場合，存在著如上所述的弊端，因此造成了電機絕緣降低、老化，以致于燒損。1999年之后，濟鋼在煉鋼氧槍升降、轉(zhuǎn)爐傾動、方坯連鑄以及風機水泵上使用了“變頻器+變頻電動機”的調(diào)速新工藝。使用后不僅大大降低了電機燒損率，同時也保證了生產(chǎn)的順利進行。

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