【正文】 （ 315） 所以 21!NNNUfTT U f??????? （ 316） 即 11N N NUf TU f T? （ 317） 在恒功率負(fù)載時(shí)，負(fù)載性質(zhì)為 1NNfTTf? （ 318） 于是頻率變化規(guī)律為： 11NNUf ??? （ 319） 此時(shí)，電動(dòng)機(jī)中的氣隙磁通為： 111NN ??? ???? （ 320） 即恒功率調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通隨運(yùn)行頻率的減小而增大。 也有人進(jìn)一步提出維持轉(zhuǎn)子磁鏈恒定的控制策略。 諧波對(duì)電機(jī)損耗和效率的影響 當(dāng)電機(jī)由變頻器供 電時(shí)，除了基波分量產(chǎn)生的幾部分損耗之外，還增加了諧波分量產(chǎn)生的附加銅損耗，通常稱(chēng)為諧波損耗，大體分為以下三項(xiàng)， 1）定、轉(zhuǎn)子繞組諧波電流產(chǎn)生的附加銅損耗 。 由于集膚效應(yīng)引起轉(zhuǎn)子阻抗的變化可由下式?jīng)Q定： ? ?2 2 22 s in 22 c o s 2vr shr K r rch ??? ??? ? （ 324） ? ?2 2 23 2 s in 22 2 c o s 2vx shx K x v xch ??? ? ???? ? （ 325） 式中 2r 、 2vr —— 計(jì)及集膚效應(yīng)前后的轉(zhuǎn)子電阻； 三相交流變頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 18 2x 、 2vx —— 計(jì)及集膚效應(yīng)前后的轉(zhuǎn)子電抗； rK —— 集膚效應(yīng)對(duì)應(yīng)的電阻系數(shù)； xK —— 集膚效應(yīng)對(duì)應(yīng)的電抗系數(shù)； ? —— 導(dǎo)體的計(jì)算高度。 因此可用下式求出諧波產(chǎn)生的高頻銅耗 Cuvp ? ?2 2 39。一般說(shuō)來(lái)，若正弦基波磁通時(shí)的鐵耗為 Fep ，則由于電源諧波影響，其鐵耗的增加量 Fep? 由下式?jīng)Q定： 1 .80 .2vFe Fe app v?? ? （ 328） 式中 va —— 高次諧波的含有率； v —— 高次諧波次數(shù)。Fep —— 變頻電源供電時(shí)的鐵耗； mU —— 電壓引起磁路飽和的等效電壓； 1U —— 工頻正弦電壓。其值可由下式確定： 2. 22 1. 5711vvsv s Ifpp ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? （ 331） 式中 svp —— 諧波漏磁損耗； sp —— 基波漏磁損耗； vI 、 vf —— 諧波電流及頻率； 1I 、 1f —— 基波電流及頻率。一般說(shuō)來(lái)，若轉(zhuǎn)速為 n ，則： 滑動(dòng)軸承的摩擦損耗正比于 。 諧波對(duì)電機(jī)效率的影響 以上分別討論了電源諧波產(chǎn)生的附加銅損耗 Cuvp ，附加鐵損耗 Fep? 以及附加雜散損 svp? 的計(jì)算方法。電源諧波對(duì)鐵損耗的影響較小，對(duì)定子銅損耗的影響不顯著，影響最大的是轉(zhuǎn)子銅損耗，該項(xiàng)損耗占電源諧波損耗的 70%以上，因此在諧波附加損耗計(jì)算中，轉(zhuǎn)子繞組諧波銅損耗的計(jì)算必須有足夠的精度。要使系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)與變頻裝。近年來(lái)，由于矢量控制等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速特性已可與直流調(diào)速性能相媲美。當(dāng) 考慮到電源諧波的影響時(shí)，電機(jī)的效率則為 ： 1/( )hkP P pP? ? ? ???(%) (334) 由于電源諧波損耗使電機(jī)效 率的降低量為： 1 h? ? ?? ? ? (335) 根據(jù)目前己有的資料統(tǒng)計(jì)，逆變器供電的異步電動(dòng)機(jī)，由于電源諧波產(chǎn)生的附加損耗，一般可使電機(jī)的效率降低 1%~3%。 通風(fēng)損耗正比于 3n 。 2）在變頻電源供電時(shí)與工頻電源供電時(shí)有很大不同。 1）諧波繞組端部漏磁損耗是由沿軸向進(jìn)入定、轉(zhuǎn)子端部的高次諧波磁場(chǎng)在端部鐵心中產(chǎn)生渦流損耗。 以上結(jié)果也可以用公式近似計(jì)算： 三相交流變頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 19 239。1 2 1 2 1 2Cu v Cu v Cu v v v v v v v vp p p m I r m I r m I r r? ? ? ? ? ? （ 327） 式中 1Cuvp —— 定子高頻銅耗； 2Cuvp —— 轉(zhuǎn)子高頻銅耗； 一般說(shuō)來(lái)，定子高頻銅耗為工頻銅耗 1Cup 的 15%，而轉(zhuǎn)子高頻銅耗已近似等于工頻轉(zhuǎn)子銅耗 2Cup 。39。 3）除上述二項(xiàng)外電源諧波產(chǎn)生的其他附加損耗，稱(chēng)為諧波雜散損耗。隨著轉(zhuǎn)差率的增加，等效電阻減小，電流就線性增長(zhǎng)，于是異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性起了質(zhì)的變化，變?yōu)橐幌盗衅叫械闹本€，而沒(méi)有極值。在拖動(dòng)風(fēng)機(jī)，水泵等負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速平方變化的負(fù)載時(shí)，因?yàn)椋? 1NNfTTf? （ 321） 此時(shí)電壓隨頻率平方關(guān)系調(diào)節(jié)，即 三相交流變頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 17 2211NNUf ????????? （ 322） 而電動(dòng)機(jī)的氣隙磁通為： 11NNff ?? ??? （ 323） 即磁通隨運(yùn)行頻率的增大而增加。變頻運(yùn)行中若忽略定子電阻，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為： ? ? ? ?222139。而當(dāng)運(yùn)行頻率達(dá)到額定三相交流變頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 16 并超過(guò)額定值之后，由于調(diào)速裝置的耐壓和電動(dòng)機(jī)容量的限制，電動(dòng)機(jī)電壓將不再隨頻率 按比例增加，而是維持不變。當(dāng) 然，在這種情況下，電動(dòng)機(jī)的輸入電壓需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行頻率和負(fù)載（絕對(duì)轉(zhuǎn)差率）的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。 2 2 39。從充分利用異步電動(dòng)機(jī)的潛力出發(fā)，在 調(diào)速過(guò)程中始終保持氣隙磁場(chǎng)恒定的控制策略更為合理。如果磁化電流的減小大于定子電流中負(fù)載分量的增長(zhǎng)，則就會(huì)出現(xiàn)定子電流隨負(fù)載增大反而減小的反?，F(xiàn)象。隨著頻率的降低，電動(dòng)機(jī)的氣 隙磁通將增大，空載電流會(huì)顯著增加，甚至可能出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)負(fù)載愈輕，電流愈大的反?，F(xiàn)象。 異步電動(dòng)機(jī)在低頻起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比額定頻率下的走動(dòng)轉(zhuǎn)矩大而 起動(dòng)電流較小。 為了補(bǔ)償定子電阻上的壓降，保持異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不變，定子的輸入電壓控制規(guī)律可得出，考慮 1 nff?? 的關(guān)系，求得： ? ?? ?22 2 2 39。 2 39。如果轉(zhuǎn)子相對(duì)氣隙磁場(chǎng)的速度一定，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)的電流及其所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也是一定的。電阻壓降完全補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果，在電路中相當(dāng)于電阻等于零。當(dāng)然從減少損耗的角度看在低頻時(shí)可降低電壓，按 U 正比于 2f 的規(guī)律變化。 2 39。 在變頻調(diào)速情況下頻率 f 是變化的。21 1 1 22emRmp UsTRf R X Xs?? ????? ? ????????? （ 34） ? ?212239。 下面對(duì)變頻電源的控制策略 和電動(dòng)機(jī)的特性進(jìn)行分析。所以在分析研究異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速特性時(shí)，可以從分析基波分量入手。 三相交流變頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 12 第 3 章 變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 變頻調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)由于起動(dòng)、過(guò)載、運(yùn)行效率等問(wèn)題均可通過(guò)選擇變頻器合適的控制方式，如 U/f 控制、轉(zhuǎn)差矢量控制等在系統(tǒng)中得到解決。 （ 4）化工行業(yè) 除將變頻器用于供水，風(fēng)機(jī)外，在化工行業(yè)中各工藝生產(chǎn)線，各類(lèi)泵，攪拌機(jī)等用量也非常大。目前自來(lái)水行業(yè)多采用串級(jí)調(diào)速，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)效率只有 50%，體積大，故障多，而采用變頻調(diào)速可以得到較大的節(jié)能效果。目前，變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向。隨著經(jīng)濟(jì)改革的不斷深入，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加??；節(jié)能降耗已成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一 .而八十年代初發(fā)展起來(lái)的變頻調(diào)速技術(shù)，正是順應(yīng)了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展的要求，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的智能電機(jī)時(shí)代。 ? 電動(dòng)機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)承受高電壓沖擊 目前中小容量變頻器，大多數(shù)采用 SPWM 的控制方式。由于電動(dòng)機(jī)工作的頻率范圍寬，轉(zhuǎn)速變化范圍大，各種電磁波的頻率很難避開(kāi)電動(dòng)機(jī)各種結(jié)構(gòu)件的固有頻率。如將普通異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于變頻 器輸出的非正弦電源條件下，其溫升一般約增加 10%~20%。該系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、維護(hù)工作量少。 4) 輸出電壓和電流的波形接近正弦，從而減少諧波分量，降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，改善了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。因此，鑒于設(shè)計(jì)的選擇，這里主要介紹異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。 交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理及特點(diǎn) 三相交流變頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 9 一、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理及構(gòu)成 異 步電機(jī)的轉(zhuǎn)速方程是 ： n=60f(1s)/p， （ 23） 其中 n 為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)， f 為電源頻率， s 為轉(zhuǎn)差率， p 為定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)，所以從這個(gè)公式就可以看出，要想改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變 f， s， p 這三個(gè)量中的任意一個(gè)，就能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速，其中改變電源頻率 f 是比較方便和有效的方法，只要改變了電源頻率 f 就能夠改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但是還有另外一個(gè)問(wèn)題，先看看下面這個(gè)公式 ： ??? fN KEU （ 24） 其中 u 是電源電壓， E 是定子繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， f 是電源頻率 ， n 為繞組線圈匝數(shù)，K 為繞組分布系數(shù)， Φ 為磁通量，從這個(gè)公式我們可以看出，如果減小 f 的話，電源頻率 U 還不變，那么 Φ 必然變大，因?yàn)殡姍C(jī)的磁路設(shè)計(jì)都是按照一定的飽和磁通量設(shè)計(jì)的，如果 Φ 增大，那么磁路有可能就進(jìn)入了飽和狀態(tài)，所以必須保證 Φ 為恒定，所以相應(yīng)的也應(yīng)該減小電源電壓 U ，同理， f 增大 ， U也要增大，我們必須保證 U/f 為一個(gè)常量。采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能。與 U/F 控制方式相比，由于轉(zhuǎn)差補(bǔ)償?shù)淖饔?，其調(diào)整精度大為提高。 2. 轉(zhuǎn)差頻率控制 在沒(méi)有任何附加措施的情況下，當(dāng)處于 U/F 控制方式下運(yùn)行時(shí)，如果負(fù)載變化，轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之變化，轉(zhuǎn)速的變化量與轉(zhuǎn)差率成正比， U/F 控制的靜態(tài)調(diào)速精度顯然較差。由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速的改變是靠改變頻率的設(shè)定值來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；l以下可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。之后又采用了正弦波脈寬調(diào)制“ SPWM” 方式，即是使脈沖中的占空比 γ按正弦波的規(guī)律安排。但電勢(shì) E1 的大小無(wú)法進(jìn)行控制，如用近似的方法，根據(jù)電勢(shì)平衡方程式，可用U/f1 =常數(shù) 代替。它是由決定 U/f1 特性的頻率電壓“運(yùn)算電路”、主電路的“ U/A 檢測(cè)電路”、電動(dòng)機(jī)“速度檢測(cè)電路”、“ PWM 生成及驅(qū)動(dòng)電路”以及變頻器、電動(dòng)機(jī)的各種保護(hù)電路等組成。整流器是將交流全波整流為直流，濾波器濾平整流后的電壓波紋，并在負(fù)載變化時(shí)保持直流電壓平穩(wěn)，逆變器是把整流后的直流電再“逆變”為頻率可調(diào)的交流電。主電路是由整流器 、三相交流變頻電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 7 儲(chǔ)能元件、逆變器三種器件組成的交～直和直～交兩大電路。電角度的三相交流電 。運(yùn)算電路的控制信號(hào)送至 “ 驅(qū)動(dòng)電路 ” 以及逆變器和電動(dòng)機(jī)的 “ 保護(hù)電路 ” 。 2. 平波電路 平波電路在整流器、整流后的直流電壓中含有電源 6倍頻率脈動(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)，為了抑制電壓波動(dòng)采用電感和電容吸收脈動(dòng)電壓 (電流 )，一般通用變頻器電源的直流部分對(duì)主電路而言有余量，故省去電感而采用簡(jiǎn)單電容濾波平波電路。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過(guò)去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水等領(lǐng)域。 用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù) 。之后將直流電 逆變成交流電。 變頻調(diào)速的基本原理 變頻調(diào)速方法 ： 是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。液力耦合器的動(dòng)力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)