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外文資料(中文)
普通交流異步電動機變頻調速的性能研究
在普通交流異步電動機的各種調速方式中，變頻調速因其突出的性能，應用最為廣泛，同時也是交流電動機調速技術最為活躍的研究領域。隨著電力電子技術和控制理論的不斷發(fā)展和完善，變頻調速技術的性能還在不斷提升，變頻調速技術已成為我國企業(yè)節(jié)約能源、提高生產過程自動化、提高產品質量和改造傳統(tǒng)產業(yè)的主要技術手段之一。
變頻調速是通過改變異步電動機定子的電源頻率，以改變其同步轉速，從而達到調節(jié)電動機轉速的目的。但是，當電源頻率改變時，會對交流異步電動機產生一系列的影響:損耗增加，效率下降:在工頻以下，以恒轉矩方式調速時，電動機的過載能力將會下降;在低頻時電動機的散熱能力變壞，電動機溫度會過高等。由于電動機本身就是一個非線性、強禍合、多變量的對象，且更為嚴重的是，由于工作頻率、溫度和飽和效應的影響，定轉子電阻、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，要從理論上準確的計算出電動機在不同頻率和負載下的效率、溫升、功率因數(shù)和臨界轉矩是十分困難的。所以，長期以來，在設計變頻調速系統(tǒng)時，人們只是憑借經驗來確定普通交流異步電動機變頻調速的調速范圍，而沒有充分的理論依據(jù)。
本文以普通交流異步電動機和變頻器組成的調速系統(tǒng)為研究測試對象，以普通交流異步電動機T形等效電路為基礎，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的啟動電流、轉矩和其運行性能的變化情況，并重點研究了電動機在不同頻率下的運行性能，通過電動機測試平臺，定量的測試出電動機在頻率改變時的各項性能數(shù)據(jù)，并與理論計算的結果進行比較分析，在此基礎上提出普通交流異步電動機變頻調速的最佳調速范圍，使電動機高效、長壽命運行，并為交流異步電動機變頻調速系統(tǒng)的設計提供確定參數(shù)的依據(jù)。
一、普通交流異步電動機變頻調速的啟動性能
利用變頻器實現(xiàn)軟啟動是變頻器的優(yōu)點之一，但是，有時會因為啟動頻率選擇不當而導致啟動轉矩過小，或者啟動電流過大，從而導致啟動失敗，因此，合理的選擇變頻調速系統(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矩提升電壓下，電動機啟動轉矩和啟動電流的變化規(guī)律，進而提出了確定能滿足電動機啟動轉矩和啟動電流要求的啟動頻率的方法。
1. 1變頻調速時啟動轉矩的變化規(guī)律
當轉矩提升電壓時，根據(jù)啟動轉矩方程，可求出，
?。ǎ保保?
令＝０，有：
其中R－定轉子電阻之和，X－定轉子電抗之和，－電源頻率
所以當時，,當時，,。從而可知，當且時，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，同時與和有關。下面我們以Yl00Ll-4如圖(1-1)電動機為例，分析在不同轉矩提升電壓時，啟動轉矩的變化情況。如圖(1-1)所示:
從圖中可以看出，當且比較小時，啟動轉矩相對于啟動頻率的變化趨勢是:當頻率接近于零時，在理論上啟動轉矩非常高，啟動轉矩是啟動頻率的減函數(shù)，并達到一個極小值，這時對應的頻率為在頻率時，啟動轉矩為啟動頻率的增函數(shù)，一直上升到最大啟動轉矩，這時對應的頻率為當啟動頻率大于且小于50HZ時，啟動轉矩為啟動頻率的減函數(shù)。
當逐漸增大時，在理論上，當頻率接近零時，啟動轉矩非常大。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，其特點是，最小啟動轉矩快速上升，而且相應的啟動頻率變大，同時最大啟動轉矩也緩慢上升，而且相應的啟動頻率減小。當達到一定值(對Yl00Ll-4,當=30V)最小啟動轉矩上升已經超過了最大啟動轉矩，整個啟動轉矩為啟動頻率的單調遞減函數(shù)，這時工頻下的啟動轉矩最小。
.2變頻調速時啟動電流的變化規(guī)律
對啟動電流求偏導數(shù)，有
（1-2）
從式（1-2）可知，分母;;固只要有
（其中，為電動機額定電壓）則從而可以分析出，在,,并且電動機的參數(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，啟動電流為啟動頻率的增函數(shù)。
現(xiàn)在將Y100L1-4電動機參數(shù)代入，可得其啟動電流的變化規(guī)律。
1.3交流異步電動機起動頻率范圍的確定
根據(jù)啟動轉矩與啟動電流相對于轉矩提升電壓和啟動頻率的變化規(guī)律，啟動頻率范圍應為同時滿足電動機啟動轉矩要求和變頻器對啟動電流要求的啟動頻率范圍。即:
(1) 從啟動轉矩與負載轉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電動機的啟動負載為4 (n. m)，則啟動轉矩應該大于4×1. 2=4. 8 (n. m), Y100L1-4電動機的額定電流為5. 0 (A)，其啟動電流應該小于1. 5× 5=7. 5 (A).則從電動機的啟動轉矩特性曲線和啟動電流特性曲線中可以找出啟動轉矩大于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-啟動轉距曲線
The research of performance of Common induction motor workingwith variable frequency mode