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變頻調速中的恒功率和恒轉矩如何解讀

時間:2018-07-18 18:09:05來源:網(wǎng)絡

導語:?廠設計的電機,都是按照在工頻電壓下(380V,50HZ)的給定下,所得到的額定轉速值,如果在實際工況當中,沒有達到380V,比如說只有300V,50HZ,那么這是一個欠壓的情況。

出廠設計的電機,都是按照在工頻電壓下(380V,50HZ)的給定下,所得到的額定轉速值,如果在實際工況當中,沒有達到380V,比如說只有300V,50HZ,那么這是一個欠壓的情況,肯定是不能達到額定的轉速值,因為按照這個電機的設計,50HZ的頻率下,一定要有380V的電壓來勵磁,如今沒有在額定電壓下,沒有達到應有的磁場強度,磁通偏小,那么肯定會影響速度的,不能因為60f/p這個公式來看速度的變化。又比如說在380V的40HZ的輸入的情況下,根據(jù)公式E=K*F*Q,E不變,f降低了,那么Q磁通變大了,這是一種過壓的情況,過大的勵磁,磁通在長時間下,會使電機發(fā)熱并有可能燒毀的。所以說磁通這個值不能過大,這個值是根據(jù)電機在設計的時候就決定了其承載磁通能力。通常在恒轉矩調速時(50HZ以下),此時的磁通為額定磁通,也稱為滿磁,如果電壓/頻率變大,則會超過這個磁通值,造成電機發(fā)熱。

下面說恒轉矩調速和恒功率調速

恒轉矩調速:

就是說讓磁通保持一個不變的值,V/F=Q(磁通)是一個不變的值,為什么叫恒轉矩調速,就是說負載的轉矩是個定值,要求電機輸出的轉矩值也是個定值,看公式:T=K*I*Q,如今Q不變,那么電機輸出轉矩就和I成正比,因為Q這個值通過銘牌就可以計算出來的V(額定電壓)/50HZ,所以在Q確定且不變的情況下,線圈的額定電流(不論有無負載,最大通過電流)確定的情況下,該電機能輸出的最大力矩也就能夠確定(也就能確定電機能帶動多大轉矩的恒負載),所以電機的過流能力就體現(xiàn)了電機的過載(轉矩)能力。

在恒轉矩調速下,也只需要通過變頻器向電機輸送經(jīng)過調制的一定頻率的電壓(這個比是磁通,是個定值),負載的轉矩也是個定值,那么N一定,T一定,輸入的功率P也就定了。如果F增大,轉速N增大,那么功率P也就變大了,因為轉矩T是不會因為速度增大而變大的(這個也叫恒轉矩負載,如傳送帶。恒轉矩負載的特點是負載轉矩與轉速無關,任何轉速下轉矩總保持恒定或基本恒定。應用的場合比如傳送帶、攪拌機,擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載)

還有一點,額定轉速這個值是電機空轉時所得到的值,這個值對于的意義來說,在達到額定電壓的情況下,在達到額定功率的情況下,這個值越大,輸出轉矩就越小,這個就是恒功率調速的一個特點。公式T=9550*P/N(額定轉速)。所以在F>50HZ的情況下,(這個時候已經(jīng)輸出為最大功率了),在使N變大的時候,要注意T在變小,要避免T太小而小于負載轉矩引起事故。在恒功率調速時,是通過減小磁通來達到減小輸出轉矩從而提高速度的這樣的過程來調速,所以這個也叫弱磁調速。

恒轉矩負載的特點是負載轉矩與轉速無關,任何轉速下轉矩總保持恒定或基本恒定。應用的場合比如傳送帶、攪拌機,擠壓機等摩擦類負載以及吊車、提升機等位能負載。

恒功率負載的特點是比如機床主軸和軋機、造紙機、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機、開卷機等要求的轉矩,大體與轉速成反比,這就是所謂的恒功率負載。負載的恒功率性質應該是就一定的速度變化范圍而言的。當速度很低時,受機械強度的限制,轉矩不可能無限增大,在低速下轉變?yōu)楹戕D矩性質。

負載的恒功率區(qū)和恒轉矩區(qū)對傳動方案的選擇有影響,電動機在恒磁通調速時,最大容許輸出轉矩不變,屬于恒轉矩調速;而在弱磁調速時,最大容許輸出轉矩與速度成反比,屬于恒功率調速。如果電動機的恒轉矩和恒功率調速的范圍與負載的恒轉矩和恒功率范圍相一致時,即所謂"匹配"的情況下,電動機的容量和變頻器的容量均最小。這一點從直流電機特性來理解更容易。

除了上述兩類負載一般還有風機、泵類負載,他的特點是轉矩和速度的2次方成正比。隨著轉速的減小,轉矩按轉速的2次方減小。這種負載所需的功率與速度的3次方成正比。

對于上面所提到的恒轉矩負載來講,調速范圍一般就定義在基本頻率以下(一般50HZ)。對50HZ以下的調速,一般是不能達到額定功率的。比如說起重,在達到額定功率后,繼續(xù)要求速度加大,那么輸出力矩就會下降,那如何加速(因為加速的話要輸出力矩大于負載力矩),所以這個命題是矛盾的。在達到P/T(額定負載)的轉速后,將不能繼續(xù)增大轉速了,否則將帶不動負載。這個不同于恒功率負載,恒功率負載是轉速越快,所需的負載轉矩是越小。

對于恒功率負載來講,他的調速范圍會經(jīng)歷兩個區(qū)間。在低速時,某個頻率以下時,可以認為他是恒轉矩調速,因為按照輸出功率恒定來看,速度很低時,電機不可能輸出一個無窮大的轉矩,這個時候應該認為負載轉矩應該是一個恒定值,即恒轉矩性質,而輸出功率來說也不會直接就為額定功率。而當頻率加大到某個頻率以上時,輸出為額定功率了,那么那個時候就為恒功率調速了。

從空載到額定負載主磁通基本不變;可以這樣理解:磁路飽和;

從公式看:磁通=定子感應電動勢/(4.44*f1*N1*繞組系數(shù)),由于定子阻抗Z1很小,所以定子感應電動勢近似等于電源電壓,當電機結構一定時,主磁通只取決于電源電壓。電動機正常運行時磁路都是處在臨近飽和的狀態(tài),為了得到充分利用,電機就是這樣設計的。

轉矩=轉矩常數(shù)*磁通*轉子電流有功分量

一般來說,空載時的電流是額定電流的35-45%,這個電流主要就是電動機的勵磁電流,用來產(chǎn)生主磁通的,所以空載時電動機功率因數(shù)很低。隨著帶負載的增加,定子電流增加的部分主要是為了增加電動機輸出轉矩,以便電動機能夠拖動負載,用于勵磁的電流并不增加,原因如你所說:“異步電機制成之后,空載時,磁通已接近飽和”。

磁通由電流產(chǎn)生,這并不代表變壓器的磁通取決于電流。

原因是變壓器具有一次繞組和二次繞組,一次繞組除了勵磁電流之外,大部分電流產(chǎn)生的磁通與二次繞組電流產(chǎn)生的磁通相互抵消。因此,變壓器的磁通是由勵磁電流決定的。

勵磁電流正比于磁通,磁通正比于一次繞組感應電動勢。

E=4.44*f*N1*Φm

Φm=E/(4.44*f*N1)

忽略繞組直流電阻,E≈U1。

Φm≈U1/(4.44*f*N1)(1)

變壓器的主磁通取決于一次電壓、頻率和一次繞組的匝數(shù)。

對于固定一臺變壓器,N1確定,通常頻率也固定(如50Hz),那么,主磁通由一次電壓決定。

當然也有特殊的情形,比如變頻調速就有兩種控制方式:U/f=C的恒轉矩調速和調節(jié)勵磁電流達到調整Φ的近似恒功率調速。但對于大多數(shù)情況下,為保證電動機的穩(wěn)定運行,大多采用的就是恒轉矩調速方式,這個原因主要是生產(chǎn)所用負載大多也是恒轉矩負載性質決定的。

因此,在空載,輕載,額定負載,滿載等情況下,各定子電流不同,但主磁通基本是不變的。

異步電機中,定子繞組通入的是交流電,就是說電流是大小不斷變化的,這樣產(chǎn)生的磁通也是大小變化的呀?那么一般說定子磁通的大小,是怎么指定的呀?

難道是各個繞組中的磁通雖然變化,但是共同作用的結果產(chǎn)生一個固定的磁通了?就是說,每相繞組電流在變化,磁通在變化,但是在整個電機內部形成的是一個固定值不變的磁通?該磁通為主磁通。。

所謂交流電,就是大小和方向不斷變化的電能。但是這里所指的恒定,指的是其有效值的恒定,不是瞬時值的恒定。定子磁通隨定子電流不斷瞬時變化,但其有效值是恒定的。

電壓方程:U=E+I*R

輸入電壓=反電勢+電流*電阻

反電勢方程:E=Ce*n*φ

反電勢=常數(shù)Ce*轉速*磁通

轉矩方程:T=Ct*I*φ

電磁轉矩=常數(shù)Ct*電流*磁通

電動機設計好后,電阻和磁通基本是固定的

(1)前兩個方程聯(lián)立可得轉速和電壓電流的關系

第三個方程可得轉矩和電壓電流的關系

(2)負載轉矩和轉速確定時,可通過第三個方程確定電流,在通過前兩個方程確定電壓

磁轉矩Tem=負載轉矩+空載轉矩(轉子克服負載的轉矩和空載損耗對應的轉矩)

=常數(shù)CT*主磁通*轉子電流有功分量

T=9550*P/N(額定轉速)

電機弱磁

1、交流電機的電壓不變,頻率下降時,磁場會增強直到飽和;

2、交流電機的電壓不變,頻率上升時,磁場會減弱;

3、原因是電機的電勢平衡原理決定的,電勢平衡原理可以用電勢平衡方程式表示:

U-Ir=E=CeΦfU一定,Φ↑f↓或者Φ↓f↑;

4、電機的磁場Φ,決定于電壓U的大小;

5、變頻器在額定頻率以下運行,通過頻率下降電壓同時下降,保證電機磁場Φ恒定;

6、變頻器在額定頻率以上運行,通過頻率上升而電壓不能上升,電機磁場Φ減弱,進入弱磁調速!

7、弱磁調速,意味著電機速度超過額定轉速時,因磁場減弱額定轉矩下降,就是說還要額定轉矩運行,電機的電流就要增大、功率就要隨著轉速正比增大,電機就會發(fā)熱,無法正常運行;

8、所以電機在弱磁運行時,速度高,轉矩低,轉速越高,轉矩越小,保持額定電流不變、功率不變,電機的發(fā)熱量不增大而能正常運行;

9、所以弱磁調速運行的關鍵是,電機所帶的負載轉矩必須隨著速度升高反比下降,如果負載轉矩不能因速度升高而反比下降,這個負載就不宜進入弱磁調速;

10、你可以檢測電流,弱磁調速時,如果電流隨著速度升高而保持在額定電流一下,那么電機的發(fā)熱量就不大,允許運行,否則就不允許弱磁調速運行;

11、以上說的沒有考慮軸承等機械強度是否允許的問題!

12、電機進入弱磁調速,最高速度或者頻率,應該是電機空載運行時,電機電流保持在額定電流及其一下的最大速度或最高頻率!你可以空載試驗確定!

13、上述結論,是在電機軸承及其相關機械強度允許情況下!

14、如果負載需要高速運行,可以通過機械傳動比來實現(xiàn),不一定要電機進入弱磁調速區(qū);

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