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外文資料(中文)
普通交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速的性能研究
在普通交流異步電動機(jī)的各種調(diào)速方式中，變頻調(diào)速因其突出的性能，應(yīng)用最為廣泛，同時也是交流電動機(jī)調(diào)速技術(shù)最為活躍的研究領(lǐng)域。隨著電力電子技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展和完善，變頻調(diào)速技術(shù)的性能還在不斷提升，變頻調(diào)速技術(shù)已成為我國企業(yè)節(jié)約能源、提高生產(chǎn)過程自動化、提高產(chǎn)品質(zhì)量和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的主要技術(shù)手段之一。
變頻調(diào)速是通過改變異步電動機(jī)定子的電源頻率，以改變其同步轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。但是，當(dāng)電源頻率改變時，會對交流異步電動機(jī)產(chǎn)生一系列的影響:損耗增加，效率下降:在工頻以下，以恒轉(zhuǎn)矩方式調(diào)速時，電動機(jī)的過載能力將會下降;在低頻時電動機(jī)的散熱能力變壞，電動機(jī)溫度會過高等。由于電動機(jī)本身就是一個非線性、強(qiáng)禍合、多變量的對象，且更為嚴(yán)重的是，由于工作頻率、溫度和飽和效應(yīng)的影響，定轉(zhuǎn)子電阻、電感等參數(shù)在不同工況下變化明顯。因而其動態(tài)建模非常困難，要從理論上準(zhǔn)確的計算出電動機(jī)在不同頻率和負(fù)載下的效率、溫升、功率因數(shù)和臨界轉(zhuǎn)矩是十分困難的。所以，長期以來，在設(shè)計變頻調(diào)速系統(tǒng)時，人們只是憑借經(jīng)驗來確定普通交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速的調(diào)速范圍，而沒有充分的理論依據(jù)。
本文以普通交流異步電動機(jī)和變頻器組成的調(diào)速系統(tǒng)為研究測試對象，以普通交流異步電動機(jī)T形等效電路為基礎(chǔ)，計算分析在基頻以下及恒壓頻比方式供電下頻率改變時普通交流異步電動機(jī)的啟動電流、轉(zhuǎn)矩和其運(yùn)行性能的變化情況，并重點(diǎn)研究了電動機(jī)在不同頻率下的運(yùn)行性能，通過電動機(jī)測試平臺，定量的測試出電動機(jī)在頻率改變時的各項性能數(shù)據(jù)，并與理論計算的結(jié)果進(jìn)行比較分析，在此基礎(chǔ)上提出普通交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速的最佳調(diào)速范圍，使電動機(jī)高效、長壽命運(yùn)行，并為交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計提供確定參數(shù)的依據(jù)。
一、普通交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速的啟動性能
利用變頻器實現(xiàn)軟啟動是變頻器的優(yōu)點(diǎn)之一，但是，有時會因為啟動頻率選擇不當(dāng)而導(dǎo)致啟動轉(zhuǎn)矩過小，或者啟動電流過大，從而導(dǎo)致啟動失敗，因此，合理的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)的啟動頻率，尋找合適的啟動頻率范圍，從而改善系統(tǒng)的啟動特性，是十分重要的。為此，我們分析計算了在不同頻率和轉(zhuǎn)矩提升電壓下，電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流的變化規(guī)律，進(jìn)而提出了確定能滿足電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流要求的啟動頻率的方法。
1. 1變頻調(diào)速時啟動轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律
當(dāng)轉(zhuǎn)矩提升電壓時，根據(jù)啟動轉(zhuǎn)矩方程，可求出，
?。ǎ保保?
令＝０，有：
其中R－定轉(zhuǎn)子電阻之和，X－定轉(zhuǎn)子電抗之和，－電源頻率
所以當(dāng)時，,當(dāng)時，,。從而可知，當(dāng)且時，為的增函數(shù)，而在時，為的減函數(shù)，而在時，取得最大值，不僅與有關(guān)，同時與和有關(guān)。下面我們以Yl00Ll-4如圖(1-1)電動機(jī)為例，分析在不同轉(zhuǎn)矩提升電壓時，啟動轉(zhuǎn)矩的變化情況。如圖(1-1)所示:
從圖中可以看出，當(dāng)且比較小時，啟動轉(zhuǎn)矩相對于啟動頻率的變化趨勢是:當(dāng)頻率接近于零時，在理論上啟動轉(zhuǎn)矩非常高，啟動轉(zhuǎn)矩是啟動頻率的減函數(shù)，并達(dá)到一個極小值，這時對應(yīng)的頻率為在頻率時，啟動轉(zhuǎn)矩為啟動頻率的增函數(shù)，一直上升到最大啟動轉(zhuǎn)矩，這時對應(yīng)的頻率為當(dāng)啟動頻率大于且小于50HZ時，啟動轉(zhuǎn)矩為啟動頻率的減函數(shù)。
當(dāng)逐漸增大時，在理論上，當(dāng)頻率接近零時，啟動轉(zhuǎn)矩非常大。總體上，啟動頻率的變化趨勢與較小時的情形大體相似，但是也有不同之處，其特點(diǎn)是，最小啟動轉(zhuǎn)矩快速上升，而且相應(yīng)的啟動頻率變大，同時最大啟動轉(zhuǎn)矩也緩慢上升，而且相應(yīng)的啟動頻率減小。當(dāng)達(dá)到一定值(對Yl00Ll-4,當(dāng)=30V)最小啟動轉(zhuǎn)矩上升已經(jīng)超過了最大啟動轉(zhuǎn)矩，整個啟動轉(zhuǎn)矩為啟動頻率的單調(diào)遞減函數(shù)，這時工頻下的啟動轉(zhuǎn)矩最小。
.2變頻調(diào)速時啟動電流的變化規(guī)律
對啟動電流求偏導(dǎo)數(shù)，有
（1-2）
從式（1-2）可知，分母;;固只要有
（其中，為電動機(jī)額定電壓）則從而可以分析出，在,,并且電動機(jī)的參數(shù)滿足的條件下，函數(shù)ｙ的值將始終大于零，所以也將大于零，這說明在該條件下，在零頻至工頻范圍內(nèi)，啟動電流為啟動頻率的增函數(shù)。
現(xiàn)在將Y100L1-4電動機(jī)參數(shù)代入，可得其啟動電流的變化規(guī)律。
1.3交流異步電動機(jī)起動頻率范圍的確定
根據(jù)啟動轉(zhuǎn)矩與啟動電流相對于轉(zhuǎn)矩提升電壓和啟動頻率的變化規(guī)律，啟動頻率范圍應(yīng)為同時滿足電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩要求和變頻器對啟動電流要求的啟動頻率范圍。即:
(1) 從啟動轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的比值對于啟動頻率的曲線中找出數(shù)值大于1.2的頻率范圍。
(2) 從啟動電流與額定電流之比值對應(yīng)于啟動頻率的曲線中畫出數(shù)值小于5的頻率范圍。
（3）求出以上兩部分的公共部分，既是所求的啟動頻率范圍。
現(xiàn)以Yl00Ll-4, = 0時為例，來說明如何確定啟動頻率范圍。若在特定工況下Yl00Ll-4電動機(jī)的啟動負(fù)載為4 (n. m)，則啟動轉(zhuǎn)矩應(yīng)該大于4×1. 2=4. 8 (n. m), Y100L1-4電動機(jī)的額定電流為5. 0 (A)，其啟動電流應(yīng)該小于1. 5× 5=7. 5 (A).則從電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩特性曲線和啟動電流特性曲線中可以找出啟動轉(zhuǎn)矩大于4. 8 (n. m)和啟動電流小于7. 5 (A)的頻率范圍，兩者的交集即為啟動頻率的范圍。如圖(3-6)所示，從圖中可以看出，電動機(jī)的最佳啟動頻率范圍為7~10 （HZ）。
圖（1-3）注：1-啟動電流曲線 2-啟動轉(zhuǎn)距曲線
The research of performance of Common induction motor workingwith variable frequency mode