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标准笼型电动机变频器的选择及容量计算

来源:艾特贸易2017-11-04

简介在电气调速系统中,采用不同电动机进行调速如图 9-1 所示。 图 9-1 变速电气传动分类 在前面艾特贸易小编已介绍了笼型电动机在变频器传动时,电动机特性的变化,本文介绍一些容量

    在电气调速系统中,采用不同电动机进行调速如图9-1所示。

变速电气传动分类

    9-1    变速电气传动分类

    在前面艾特贸易小编已介绍了笼型电动机在变频器传动时,电动机特性的变化,本文介绍一些容量计算及一些注意事项

    笼型异步电动机的结构比直流电动机简单,并且在工业变速传动中得到了最广泛的应用。此类电动机结实并且可靠,几乎不需要维护,同时价格十分便宜。由于它们可以被设计为全封闭的结构,从而可以在污秽的和爆炸性的环境下运行。其生产成本比采用换向器的电动机要低得多,而两者的效率却相差不大。所有上述特性使其在工业传动中变得非常有吸引力。

    定子绕组产生一个以同步转速旋转的磁通。而上述同步转速则取决于电动机的极数和供电频率:旋转磁通和转子绕组相交,并且在绕组中感生一个电动势( EMF),进而生成环流转子电流产生二次磁通,并且与定子绕通相互作用产生转矩对电动机进行加速。在转子加速时,转子感应电压的幅值和频率均下降,直到达到平衡转速为止。此时,感应生成的转子电流足以生成负载所需的转矩。而转子的速度则比同步转速低一个转差频率,典型值为3%

    为了保证电动机的恒励磁,并且直到额定同步转速(即基频)均能维持最大转矩,需要将转子电压和频率之比近似维持为一个常量。

    异步电动机传动系统具有三个明显的运行区间:

    1.恒转矩  当电动机工作在额定同步转速以下,其磁链维持在额定值,而施加于电动机两端的逆变器的输出电压在控制器的作用下(在供电电压允许的范围内)始终保持与电动机的转速成正比,即实现恒U/f控制。由于最大转矩的值正比于磁链的平方,所以电动机可以在一直到额定同步转速的速度范围中输出最大转矩。实际上,异步电动机的额定持续转矩均被设计为其最大转矩的40%50%

    2.恒功率  当转速由同步转速进一步增加时,虽然逆变器的频率可以增加,但是供电电压受到供电电压最大值的限制。这使得定子磁链与频率成反比减少。由此时开始一直到电动机的转速所对应的峰值转矩恰好满足恒功率曲线为止的范围中电动机实现恒功率运行。可以实现恒功的转速范围通常为2~2.5。在该范围中,电动机的工作频率不断增加,直达到电动机转速的限制为止。

    3.电动机限制(最大转矩)  一旦达到电动机转速极限,转矩将与电动机频率的二次方成反比下降。由于电动机的功率因数恶化,所以在该速度范围的高端运行往往是不可行的。因为这将导致高于额定值的定子电流。除非占空比低,电动机将会过热。

    异步电动机通常用于要求对转矩、转速和轴位置进行快速和精确控制的场合。

    在实际应用中,最广泛采用的控制方法是矢量控制,此时系统的瞬态响应至少可以达到和采用换向器电动机相当的水平。

    在此种控制系统中,电压、电流和磁链均为空间矢量,上述相量的瞬时值可以通过将空间矢量投影在三个相互之间位移120°三个轴上得到。将空间矢量的实部分量和虚部分量相分离,就可以生成两个独立的,但参数相同的直轴(D)和交轴(Q)等效电路。

    由于异步电动机的励磁电抗的数值很大,转子磁链的变化相对较慢。矢量控制的机理在于保持瞬时励磁电流的空间矢量恒定,进而使转子磁链保持恒定。受控电动机由逆变器供电,逆变器输出一组受控的瞬时相电流,该组相电流构成的上述空间矢量,可以在控制作用下维持恒定的幅值,从而使转子磁链维持常量。第二个分量也是一个空间矢量,该矢量在空间中与瞬时励磁电流空间矢量相正交。该分量在控制下其瞬时值与所需转矩成正比。

    如果逆变器所生成的转子电流的瞬时值能满足上述两个要求,电动机就可以得到转矩指令产生没有时间延迟的快速响应,上述特性,与异步电动机转子相对小的惯性相结合,使得上述特性对于需要高性能的控制系统而言,具有很大的吸引力,矢量控制需要一种能对转子磁链的空间失量的幅度和角度的瞬时值进行测量或估计的方法,直接测量通常是不可行的,通过测量电气端子的电量值进行估计的控制策略正在取得迅速的进展。