【正文】 （ 315） 所以 21!NNNUfTT U f??????? （ 316） 即 11N N NUf TU f T? （ 317） 在恒功率負載時，負載性質為 1NNfTTf? （ 318） 于是頻率變化規(guī)律為： 11NNUf ??? （ 319） 此時，電動機中的氣隙磁通為： 111NN ??? ???? （ 320） 即恒功率調速時，電動機的氣隙磁通隨運行頻率的減小而增大。 也有人進一步提出維持轉子磁鏈恒定的控制策略。 諧波對電機損耗和效率的影響 當電機由變頻器供 電時，除了基波分量產生的幾部分損耗之外，還增加了諧波分量產生的附加銅損耗，通常稱為諧波損耗，大體分為以下三項， 1）定、轉子繞組諧波電流產生的附加銅損耗 。 由于集膚效應引起轉子阻抗的變化可由下式決定： ? ?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 —— 計及集膚效應前后的轉子電阻； 三相交流變頻電動機設計與結構分析 18 2x 、 2vx —— 計及集膚效應前后的轉子電抗； rK —— 集膚效應對應的電阻系數； xK —— 集膚效應對應的電抗系數； ? —— 導體的計算高度。 因此可用下式求出諧波產生的高頻銅耗 Cuvp ? ?2 2 39。一般說來，若正弦基波磁通時的鐵耗為 Fep ，則由于電源諧波影響，其鐵耗的增加量 Fep? 由下式決定： 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。Fep —— 變頻電源供電時的鐵耗； 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。一般說來，若轉速為 n ，則： 滑動軸承的摩擦損耗正比于 。 諧波對電機效率的影響 以上分別討論了電源諧波產生的附加銅損耗 Cuvp ，附加鐵損耗 Fep? 以及附加雜散損 svp? 的計算方法。電源諧波對鐵損耗的影響較小，對定子銅損耗的影響不顯著，影響最大的是轉子銅損耗，該項損耗占電源諧波損耗的 70%以上，因此在諧波附加損耗計算中，轉子繞組諧波銅損耗的計算必須有足夠的精度。要使系統(tǒng)中電動機與變頻裝。近年來，由于矢量控制等先進技術的出現，異步電動機的變頻調速特性已可與直流調速性能相媲美。當 考慮到電源諧波的影響時，電機的效率則為 ： 1/( )hkP P pP? ? ? ???(%) (334) 由于電源諧波損耗使電機效 率的降低量為： 1 h? ? ?? ? ? (335) 根據目前己有的資料統(tǒng)計，逆變器供電的異步電動機，由于電源諧波產生的附加損耗，一般可使電機的效率降低 1%~3%。 通風損耗正比于 3n 。 2）在變頻電源供電時與工頻電源供電時有很大不同。 1）諧波繞組端部漏磁損耗是由沿軸向進入定、轉子端部的高次諧波磁場在端部鐵心中產生渦流損耗。 以上結果也可以用公式近似計算： 三相交流變頻電動機設計與結構分析 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 —— 轉子高頻銅耗； 一般說來，定子高頻銅耗為工頻銅耗 1Cup 的 15%，而轉子高頻銅耗已近似等于工頻轉子銅耗 2Cup 。39。 3）除上述二項外電源諧波產生的其他附加損耗，稱為諧波雜散損耗。隨著轉差率的增加，等效電阻減小，電流就線性增長，于是異步電動機的轉矩特性起了質的變化，變?yōu)橐幌盗衅叫械闹本€，而沒有極值。在拖動風機，水泵等負載轉矩隨轉速平方變化的負載時，因為： 1NNfTTf? （ 321） 此時電壓隨頻率平方關系調節(jié)，即 三相交流變頻電動機設計與結構分析 17 2211NNUf ????????? （ 322） 而電動機的氣隙磁通為： 11NNff ?? ??? （ 323） 即磁通隨運行頻率的增大而增加。變頻運行中若忽略定子電阻，電動機的最大轉矩為： ? ? ? ?222139。而當運行頻率達到額定三相交流變頻電動機設計與結構分析 16 并超過額定值之后，由于調速裝置的耐壓和電動機容量的限制，電動機電壓將不再隨頻率 按比例增加，而是維持不變。當 然，在這種情況下，電動機的輸入電壓需要根據實際運行頻率和負載（絕對轉差率）的大小進行調節(jié)。 2 2 39。從充分利用異步電動機的潛力出發(fā)，在 調速過程中始終保持氣隙磁場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載分量的增長，則就會出現定子電流隨負載增大反而減小的反?，F象。隨著頻率的降低，電動機的氣 隙磁通將增大，空載電流會顯著增加，甚至可能出現電動機負載愈輕，電流愈大的反?，F象。 異步電動機在低頻起動時的起動轉矩比額定頻率下的走動轉矩大而 起動電流較小。 為了補償定子電阻上的壓降，保持異步電動機的最大轉矩不變，定子的輸入電壓控制規(guī)律可得出，考慮 1 nff?? 的關系，求得： ? ?? ?22 2 2 39。 2 39。如果轉子相對氣隙磁場的速度一定，轉子中感應的電流及其所產生的電磁轉矩也是一定的。電阻壓降完全補償的結果，在電路中相當于電阻等于零。當然從減少損耗的角度看在低頻時可降低電壓，按 U 正比于 2f 的規(guī)律變化。 2 39。 在變頻調速情況下頻率 f 是變化的。21 1 1 22emRmp UsTRf R X Xs?? ????? ? ????????? （ 34） ? ?212239。 下面對變頻電源的控制策略 和電動機的特性進行分析。所以在分析研究異步電動機變頻調速特性時，可以從分析基波分量入手。 三相交流變頻電動機設計與結構分析 12 第 3 章 變頻調速異步電動機的特點 變頻調速的異步電動機由于起動、過載、運行效率等問題均可通過選擇變頻器合適的控制方式，如 U/f 控制、轉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，風機外，在化工行業(yè)中各工藝生產線，各類泵，攪拌機等用量也非常大。目前自來水行業(yè)多采用串級調速，串級調速系統(tǒng)效率只有 50%，體積大，故障多，而采用變頻調速可以得到較大的節(jié)能效果。目前，變頻調速技術已經成為現代電力傳動技術的一個主要發(fā)展方向。隨著經濟改革的不斷深入，市場競爭的不斷加?。还?jié)能降耗已成為降低生產成本、提高產品質量的重要手段之一 .而八十年代初發(fā)展起來的變頻調速技術，正是順應了工業(yè)生產自動化發(fā)展的要求，開創(chuàng)了一個全新的智能電機時代。 ? 電動機絕緣結構承受高電壓沖擊 目前中小容量變頻器，大多數采用 SPWM 的控制方式。由于電動機工作的頻率范圍寬，轉速變化范圍大，各種電磁波的頻率很難避開電動機各種結構件的固有頻率。如將普通異步電動機運行于變頻 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)技術先進、性能穩(wěn)定、維護工作量少。 4) 輸出電壓和電流的波形接近正弦，從而減少諧波分量，降低電動機運行時的發(fā)熱和轉矩脈動，改善了電動機的運行性能。因此，鑒于設計的選擇，這里主要介紹異步電動機的調速系統(tǒng)。 交流變頻調速系統(tǒng)的原理及特點 三相交流變頻電動機設計與結構分析 9 一、交流變頻調速系統(tǒng)的原理及構成 異 步電機的轉速方程是 ： n=60f(1s)/p， （ 23） 其中 n 為電動機的轉數， f 為電源頻率， s 為轉差率， p 為定子旋轉磁場的極對數，所以從這個公式就可以看出，要想改變電動機的轉速，可以改變 f， s， p 這三個量中的任意一個，就能夠實現調速，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 就能夠改變電動機的轉速，但是還有另外一個問題，先看看下面這個公式 ： ??? fN KEU （ 24） 其中 u 是電源電壓， E 是定子繞組的感應電動勢， f 是電源頻率 ， n 為繞組線圈匝數，K 為繞組分布系數， Φ 為磁通量，從這個公式我們可以看出，如果減小 f 的話，電源頻率 U 還不變，那么 Φ 必然變大，因為電機的磁路設計都是按照一定的飽和磁通量設計的，如果 Φ 增大，那么磁路有可能就進入了飽和狀態(tài)，所以必須保證 Φ 為恒定，所以相應的也應該減小電源電壓 U ，同理， f 增大 ， U也要增大，我們必須保證 U/f 為一個常量。采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調速的動態(tài)性能。與 U/F 控制方式相比，由于轉差補償的作用，其調整精度大為提高。 2. 轉差頻率控制 在沒有任何附加措施的情況下，當處于 U/F 控制方式下運行時，如果負載變化，轉速也會隨之變化，轉速的變化量與轉差率成正比， U/F 控制的靜態(tài)調速精度顯然較差。由此可見，轉速的改變是靠改變頻率的設定值來實現的?；l以下可以實現恒轉矩調速，基頻以上可以實現恒功率調速。之后又采用了正弦波脈寬調制“ 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 E1 的大小無法進行控制，如用近似的方法，根據電勢平衡方程式，可用U/f1 =常數 代替。它是由決定 U/f1 特性的頻率電壓“運算電路”、主電路的“ U/A 檢測電路”、電動機“速度檢測電路”、“ PWM 生成及驅動電路”以及變頻器、電動機的各種保護電路等組成。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，并在負載變化時保持直流電壓平穩(wěn)，逆變器是把整流后的直流電再“逆變”為頻率可調的交流電。主電路是由整流器 、三相交流變頻電動機設計與結構分析 7 儲能元件、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 。運算電路的控制信號送至 “ 驅動電路 ” 以及逆變器和電動機的 “ 保護電路 ” 。 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倍頻率脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動，為了抑制電壓波動采用電感和電容吸收脈動電壓 (電流 )，一般通用變頻器電源的直流部分對主電路而言有余量，故省去電感而采用簡單電容濾波平波電路。因此，交流變頻調速已逐漸取代了過去的傳統(tǒng)滑差調速、變極調速、直流調速等調速系統(tǒng)，越來越廣泛的應用于冶金、紡織、印染、煙機生產線及樓宇、供水等領域。 用來控制電機的轉數 。之后將直流電 逆變成交流電。 變頻調速的基本原理 變頻調速方法 ： 是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。液力耦合器的動力轉輸能力與殼內