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变频器功能解析(2)

信息来源:gkong.biz  时间:2009-03-05  浏览次数:300

  1 变频引出的特殊问题 1.1 异步电动机在频率下降后出现的问题 异步电动机的输入输出如图1所示。 图1 异步电动机的输入和输出 (1) 问题的提出 (a) 电动机的输入功率 众所周知,电动机
  1 变频引出的特殊问题
  1.1 异步电动机在频率下降后出现的问题
  异步电动机的输入输出如图1所示。
  图1 异步电动机的输入和输出
  (1) 问题的提出
  (a) 电动机的输入功率
  众所周知,电动机是将电能转换成机械能的器件。三相交流异步电动机输入的是三相电功率P1:
  (b) 电动机的输出功率
  电动机是用来拖动负载旋转的,因此,其输出功率便是轴上的机械功率:
  式(2)中: P2─电动机输出的机械功率,kW;
  TM─电动机轴上的转矩,N·m;
  nM─电动机轴上的转速,r/min。
  (c) 频率下降后出现的问题
  毫无疑问,频率下降的结果是转速下降。这是因为,异步电动机的转速和频率有关:
  式(4)中: n0—同步转速(即旋转磁场的转速), r/min。
  由式(2)知, 转速下降的结果是:电动机的输出功率下降。
  然而, 式(1)表明, 电动机的输入功率和频率之间却并无直接关系。如果仔细分析的话,当频率下降时,输入功率将是有增无减的(因为反电动势将减小)。
  输入不变而输出减少,这似乎有悖于能量守恒的原理,出现了什么问题呢?
  (2) 异步电动机的能量传递
  异步电动机的转子是依靠电磁感应(转子绕组切割旋转磁场)而得到能量的,如图2(a)所示。所以,其能量是通过磁场来传递的。传递过程如图2(b)所示, 可归纳如下:
  图2 异步电动机的能量传递
  (a) 从输入的电功率P1中扣除定子侧损失(定子绕组的铜损pCu1和定子铁心的铁损pFe1)后,便是通过磁场传递给转子的功率,称为电磁功率,用PM表示:
  (b) 转子得到的电磁功率PM中扣除转子侧损失(转子绕组的铜损PCu2和转子铁心的铁损PFe2),便是转子输出的机械功率P2:
  显然,频率下降的结果必将导致电磁功率PM的“中部崛起”,这意味着磁通的大量增加。那么,PM是如何增大的呢?
  (3) 定子侧的等效电路
  (a) 定子磁通及其在电路中的作用
  如图3(a)所示,定子磁通可以分为两个部分:
  图3 定子侧的等效电路
  ·主磁通Φ1
  主磁通Φ1是穿过空气隙与转子绕组相链的部分,是把能量传递给转子的部分。它在定子绕组中产生的自感电动势称为反电动势,用E1表示,其有效值的计算如下式:
  式(7)表明,反电动势E1与频率fX和主磁通ΦM的乘积成正比:
  在频率一定的情况下,反电动势的数值直接反映了主磁通的大小。或者说,主磁通ΦM的大小是通过反电动势E1的大小来体现的。
  ·漏磁通Φ0
  漏磁通Φ0是未穿过空气隙与转子绕组相链的部分,它并不传递能量,它在定子绕组中产生的自感电动势只起电抗的作用,称为漏磁电抗X1,其压降为I1X1。
  (b) 定子侧的等效电路
  图3(b)所示即为定子绕组的一相等效电路,其电动势平衡方程如下:
  (c) 电磁功率的计算
  如上述,把能量从定子传递给转子的是主磁通ΦM,而主磁通ΦM在电路中通过反电动势E1来体现,所以,电磁功率可计算如下:
  (d) 频率下降的后果
  由式(8)知, 当频率fX下降时,反电动势E1也将下降,由式(10)知,这将引起电流I1的增大,并导致磁通ΦM和电磁功率PM的增大。

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