变频调速三相异步电动机在设计中应注意的几个问题

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1、变频调速三相异步电动机在设计中应注意的几个问题　收稿日期:1999-09-21。　魏　敏　女,1968年生;毕业于哈尔滨机电专科学校。变频调速三相异步电动机在设计中应注意的几个问题魏　敏　　代　戈　　宋长生　　摘　要　从分析V/f控制变频调速电动机的原理入手,对变频器为电机电源的转矩特性、噪声、振动及其它性能影响进行分析并提出相应的对策。关键词　变频调速　电压补偿　高次谐波1　前　言随着电气领域的不断发展,变频调速三相异步电动机的应用越来越广泛。过去,在要求快速、高精度的电力拖动调速系统中都采用直流电动机拖动,但是由于直流电动机具有机械换向易损坏这一致命缺点,致使直流电动机制造成本高

2、,维护不方便。与之相比交流异步电动机具有制造成本低、结构简单、坚固、维护方便、可适用于恶劣环境工作等特点。目前,我国将变频调速技术应用于产品上逐年增多,也是今后电力传动技术改造的一项重要内容,因而变频调速三相异步电动机将是日常生活、工业生产等所依赖的基本技术之一。三相异步电动机调速传动时,需要根据电动机的特性对供电电压、电流、频率进行适当控制。变频器具有这种控制功能,但采用不同的控制方式所得到的调速性能、特性及用途是不同的。变频器控制方式可分为两种,即开环控制和闭环控制,后者进行电动机速度反馈。作为开环控制有V/f方式,闭环控制有转差频率控制、矢量控制方式。本文将对V/f控制方式下变

3、频调速电动机转矩特性、噪声、振动及其它性能进行分析,并提出在设计适应这种控制方式的变频器供电交流电动机应采取的措施。2　V/f=C控制原理从异步电动机转速公式n=60fp(1-s)可知,改变电机频率和极数可以改变电机的转速。所以,改变电动机频率就可以实现调速运转。当忽略定子绕组漏阻抗Z1(见图1),Z1=r1+jX1时,电势方程式为:U1=E1=4.44f1W1kW1Φm(1)其中:kW1—定子绕组系数Φm—气隙磁通Φm=V14.44f1W1kW1=C′U1f1(2)其中:C′=14.44W1kW1图1　异步电动机等值电路U1　定子相电压　　E1　定子感应电势I1　定子电流I2　转子

4、电流(定子换算值)r1　定子电阻r2　转子电阻rm　激磁电阻抗Xm　激磁电抗X1　定子漏抗X2　转子漏抗(定子换算值)s　转差率由(2)式分析可知:2.1　若f1下降,U1不变,则气隙磁通Φm上升,电机出现过激磁,使励磁电流增加,导致铁损急剧增加,电动机cos降低,这是不允许的。2.2　若f1下降,而U1下降过多,则Φm下降,电动机出现欠励磁,由异步电动机转矩公式:10防爆电机　　　　(EXPLOSION-PROOFELECTRICMACHINE)　　　　　　　2000年第1期(总第102期)2000年3月31日出版　　　　M=CrΦmI2cos2(3)可知,其转矩决定于气隙磁通

5、Φm,则电磁转矩降低。电机的功率得不到充分利用而造成浪费,同时,电机的最大转矩也将降低,严重时会使电机堵转。由以上分析可知,由于电机的转矩是与气隙磁通和转子电流有功分量乘积成正比,见公式(3),因此为得到与直流机相似的基本转速以下的恒转矩特性,必须在调速过程中保持气隙磁通不变;由式(2)可知,在减少f1调速时,定子端电压U1不能保持恒定,但也不能降低太多,须达到V1/f1=C才能保持气隙磁通恒定。3　V/f控制下转矩特性分析V/f一定时,速度转矩特性曲线如图2所示,在低速区转矩减小,这主要是由于当定子供电频率降低时,要保持V/f=C比例控制,外加端电压随之降低,此时定子阻抗压降相对于

6、定子电压不能忽略,使得产生气隙磁通感应电势减小,造成气隙磁通减弱,使电磁转矩降低。要保持低频时恒转矩输出,在电磁计算时就要考虑采用补偿电压方法。有电压补偿时其速度———转矩特性曲线如图3所示。图2　速度—转矩特性(V/f一定)图3　速度—转矩特性(有电压补偿时)一般地我们所说的电压补偿是指对端电压U1′进行补偿,实际上是由于感应电动势E1为电动机内部电压,不能直接控制,并且不易测量,所以只能控制电动机的端电压U1,以简单获得与E1/f1一定控制相近的特性。电压补偿值的选定应根据估计的负载模式和电压模式来控制变频器输出电压。一般变频器电压模式如图4所示。在电机设计时,电压补偿值一般为额

7、定电压的3%~10%。图4　V/f控制电压发生模式(恒转矩负载)补偿后电机端电压经验公式:　　　　U=K(f-f0)+U0(4)其中U—频率为f时的端电压U1—电机额定电压f1—电机额定频率K—为常数　K=U1-U0f1-f0U0—电压补偿量　3%~10%U1f0—电压补偿频点的频率4　噪声和振动对于变频器供电电机的结构设计,应把振动和噪声问题放在一个很重要的位置上。4.1　噪　声电机的噪声大致可分为电磁噪声、通风噪声和机械噪声。通风噪声以风扇的叶片音和通