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行业应用

三相异步电动机的变频调速原理分析

2016-12-13

由表达式n1=60f1/p可知,定子绕组中的电流频率与旋转磁场的转速成正比。因此,通过调节电动机的电源频率可以改变电动机旋转磁场的转速,从而改变电动机转子的转速,实现对电动机的调速是显而易见的,且是可行的。频率f1上升,磁场转速n1上升,从而带动转子转速上升;反之,频率f1下降,磁场转速n1也下降,从而带动转子转速下降。特别值得一提的是,在理想情况下,随着频率f1的变化,电动机特性中的额定转速降ΔnN=n1-nN几乎不发生变化,表现为硬度很好,在同步转速n1到最大转矩点这段特性几乎是平行移动,而不会因频率的改变而变软。如果频率f1能够连续平滑地变化,则三相异步电动机的机械特性也会像直流电动机降压调速一样,实现连续、平滑的无级调速。

因此,变频调速是一种非常理想的调速方法。但是从另一个角度看,当电动机正常运行时,定子的绕组电阻与漏抗很小,可以近似地认为在电源电压保持不变的情况下(通常电源电压是不变的),若频率升高,则磁通量下降,它们成反比;反之,频率下降,磁通量增加。从电磁转矩的物理表达式和参数表达式来看,频率变化也直接影响电磁转矩的大小,频率上升,主磁通下降,电磁转矩变小;频率下降,主磁通上升,电磁转矩增大。综上所述,频率的升高和降低都将直接影响电动机的主磁通和电磁转矩的大小。

因为我国的工业用电频率标准为f1=50Hz,所以,这里的频率升高通常是指在50Hz以上的频率范围;而下降是指在50Hz以下的范围。然而,在国内人们在设计电动机时,都是以50Hz频率为基准,而且为了充分地利用导磁材料,磁通量的选择已接近饱和,若通过简单地降低频率增加磁通量,只会使磁路过分地饱和,励磁电流猛增,磁损耗增加,发热,功率因数变坏,电动机带负载能力降低。若频率升高,则磁通量下降,电动机的电磁转矩和允许输出的机械转矩将会下降,过载能力下降,电机的利用率下降,在一定负载下有闷车的危险。

因此,在实际应用中,频率这一参数不宜单独进行调整。由电磁转矩的物理表达式可知:只要电动机的主磁通保持恒定不变,电磁转矩就始终与转子电流的有功分量成正比。只有主磁通保持不变,才能够在保持“硬度”不变的情况下,实现连续、平滑地调速。为了提高电动机的性能,通常在调整频率的同时,也调整电源电压,而且使U1/f1的比值为一常数,即成比例变化。其目的就是要保证磁通不变,即