变频调速应用技术……第二讲了解功能调变频(下)..docVIP

电动机知识 变频调速应用技术……第二讲 了解功能调变频(下) 2.4 拖动负载须有劲　 2.4.1电机特性应知晓 电动机的带负载能力主要体现在其机械特性上。所谓机械特性，是在某一转速下，电动机所能产生的电磁转矩的大小。 电动机在没有人为地改变其参数时的机械特性，称为自然机械特性。异步电动机的自然机械特性及其能量图如图2-23所示。由图可知，转速下降时，由于转差增大，转子绕组切割旋转磁场的速度也增大，转子电流和电磁转矩也都随之增大。 图2-23 电动机的自然机械特性 自然机械特性的主要特征可由三个点来描述: (1) 理想空载点 电动机输出轴上的转矩为0，称为理想空载。这时，电动机的转速可以达到同步转速(旋转磁 场的转速)n0。所以，理想空载点的坐标是: (0，n0) (2) 起动点 电动机刚接通电源，但转速仍为0时称为起动点，这时的转矩称为起动转矩TS，也叫堵转转矩。因此，起动点的坐标是: (TS，0) 通常，异步电动机的起动转矩应大于额定转矩的1.5倍: TS≥1.5TMN (3) 临界点 异步电动机的机械特性有一个拐点K。在这一点，电动机所能产生的电磁转矩最大，称为临界转矩，用TK表示，K点称为临界点。与此对应的转速称为临界转速nK，相应地，有临界转差ΔnK和临界转差率sK。所以，临界点的坐标是: (TK，nK) 临界转矩与额定转矩之比就是异步电动机的过载能力。通常，过载能力应大于2: TK≥2.0TMN (4) 人工机械特性 电动机在人为地改变了某个参数后所得到的机械特性，称为人工机械特性。就异步电动机而言，常见的有: Domain: dnf辅助 More:d2gs2f 改变定子电压 异步电动机在改变定子电压后，其机械特性的特点如图2-24(a)中之曲线②(曲线①是自然机械特性)所示: 图2-24 　 异步电动机的人工机械特性 a) 临界转矩减小为TK′; b) 临界转速nK不变。 改变转子回路的电阻 这是绕线转子异步电动机的调速方法。当转子回路的电阻增大后，其机械特性的特点如图2-24(b)中之曲线③所示: a) 临界转矩TK不变; b) 临界转速下降为nK′。 2.4.2 转矩补偿仔细瞧 (1) 补偿正好 在第一讲曾经提到，电动机在低频时的转矩可以通过提高调节电压与频率的比值(U/f比)来提高。在变频器中，这种方法称为V/F控制法。这种功能称为转矩补偿功能，或转矩提升功能。 如图2-25，假设在低频运行时负载较重，如图2-25(a)所示。这时:电动机的电流等于额定电流 IMN，定子电路中的阻抗压降ΔUX与额定状态时相等: 图2-25 补偿正好时的磁通 ΔUX＝ΔUN 如果电压的补偿量Δu恰到好处，则可使反电动势与频率之比与额定状态时相等: 从而使铁心内的磁通量也等于额定值: ΦX′＝ΦN 电动机的运行将十分正常。 (2) 补偿过分 如果工作频率不变，电压的补偿量也不变，但负载减轻了，如图2-26(a)所示。 图2-26 补偿过分时的磁通 则: 电动机的电流必将减小: IMX＜IMN 定子绕组的阻抗压降也同时减小: ΔUX＜ΔUN 其结果是，反电动势EX″在外加电压UX′中所占的比例增大，反电动势与频率之比也增大: 从而使铁心内的磁通量将超过额定值: ΦX″＞ΦN 结果是，电动机的磁路饱和，励磁电流的波形发生畸变，其峰值有可能超过电动机允许的上限值，使电动机发热甚至烧毁。 (3) 补偿过分时的电流－转矩曲线 在电压和频率都不变的常规情况下，人们习惯于“负载越大、电流也越大”的规律。这是因 为作为传递能量的中间环节─磁通的变化极小的缘故。 但在变频调速系统中，一个十分突出的问题，就是磁路系统工况的不稳定。如第一讲中所分析的:改变频率时，电动机定、转子之间的能量关系容易失衡，磁路容易饱和，并使励磁电流发生畸变的情形。具体分析如下: 假设电动机在工作频率为fX(＜fN)时带动某变动负载，负载的最大转矩接近于电动机的额定转矩(TL≈TMN)，为了在频率较低时也能带动负载，在V/F控制方式下进行了转矩补偿，选定了U/f比(kU＞kf)。 要讨论的问题是:当负载由空载逐渐增大的过程中，电流的变化规律如何(电动机的工作频率fX不变)。作为讨论的基础，我们假定:在所选的U/f比下，电动机刚好能克服负载最重时的阻转矩。就是说，在负载最重的情况下，电动机的定子电流不超过额定值。这意味着，在负载最重的情况下，输入功率与输出功率正好平衡。 1) 空载时的电动机电流 简单地说，空载时，即使不进行补偿(kU＝kf)，电动机也能带得动。因此，被提升了的U/f比将使电动机处于“补偿过分”的状态。 其结果如前述，将引起磁路的深度饱和、励磁电流I0的波形发生严重畸变，峰值很大。在定子电流I1