變頻調(diào)速三相異步電動機的試驗

李吉貴，胡佳奇

(1 佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯154005：2 哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

電機可滿足正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、四象限運行及各種工作制運行要求。工作狀態(tài)分電動機、發(fā)電機、制動狀態(tài)等。其特點是電機的額定頻率是根據(jù)生產(chǎn)機械的基本轉(zhuǎn)速而選的，從理論上講是任意的，但通常在6Hz ～60Hz 之間。電機的極數(shù)也是根據(jù)機械的基本轉(zhuǎn)速與頻率協(xié)調(diào)考慮而定的。一旦額定頻率點選好后，在額定頻率及以下的響應(yīng)頻率范圍內(nèi)能輸出由該電機標(biāo)稱功率決定的額定轉(zhuǎn)矩;在額定頻率以上的相應(yīng)頻率范圍內(nèi)能輸出電機的標(biāo)稱功率。由變頻器做為電機的電源，諧波比工頻要高，損耗也增加，對溫升及性能都有影響。電機拖動負(fù)載有恒轉(zhuǎn)矩、恒功率的二次方負(fù)載等，而各種負(fù)載對電機性能要求也各有側(cè)重。這些都區(qū)別于普通電動機，所以在按GB/T 1032—2012《三相異步電動機試驗方法》對電機進行試驗的基礎(chǔ)上，對試驗要求、試驗項目及方法作補充后，最終確定的性能數(shù)據(jù)，方能滿足電力拖動的需要。

目前國家已經(jīng)頒布實施了GB/T 22670—2008《變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機試驗方法》標(biāo)準(zhǔn)，為幫助讀者更好地領(lǐng)會上述方法的內(nèi)涵，特對變頻電機的試驗方法做相應(yīng)的總結(jié)。

1 試驗要求

變頻器做電源具備v/f 控制、矢量控制功能，當(dāng)任意頻率恒定電壓可調(diào)，任意電壓點恒定頻率可調(diào)。選電壓型變頻器，SPWM 正弦波脈寬調(diào)制，次之為PWM 脈寬調(diào)制。變頻器應(yīng)具有低頻電壓補償功能，并選用合適的載波頻率，保持輸出額定電壓。變頻器容量與電機功率相適應(yīng)，不能大到不匹配。試驗電源及試驗儀器應(yīng)符合GB/T 1032及GB/T 22670 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

2 變頻電動機的各項試驗方法

2.1 電機的一般試驗項目如空載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、負(fù)載試驗、熱試驗等應(yīng)按GB/T 1032 及GB/T 22670標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進行。其中堵轉(zhuǎn)試驗的目的是測定堵轉(zhuǎn)電流、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、堵轉(zhuǎn)功率在額定頻率下進行，電機的電源不能用變頻器(變頻器容量足夠大可以使用)。可用工頻電源，電機堵轉(zhuǎn)電流、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩不是性能的保證值，可以不做堵轉(zhuǎn)試驗。當(dāng)電機的參數(shù)值需要實測時，就應(yīng)按GB/T 1032 進行堵轉(zhuǎn)試驗。

2.2 分別對電機的恒轉(zhuǎn)矩段和恒功率段轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線族及恒轉(zhuǎn)矩段電流-轉(zhuǎn)速特性曲線族測定。

2.2.1 電機一般都在低頻起動，起動電流不超過額定電流的2 倍，預(yù)置起動模式可以充分利用電機最大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動轉(zhuǎn)矩和加減速度的要求。須測出電機不同頻率時的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性曲線族及其對應(yīng)的電流、轉(zhuǎn)速特性曲線族，這是電力拖動系統(tǒng)所需要的重要特性曲線，且是電機制造廠應(yīng)提供的。

2.2.2 最低起動頻率的確定

額定頻率時的轉(zhuǎn)差頻率可定為最低起動頻率。

2.2.3 曲線族的曲線數(shù)量

(1)恒轉(zhuǎn)矩段最低起動頻率、額定頻率點和在兩者之間選擇2 ～3 點(根據(jù)使用需要)做每個頻率點轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性曲線及其對應(yīng)的電流曲線，由于在低頻時最大轉(zhuǎn)矩逐漸降低，所以為了保持基本不變，試驗時要進行電壓補償。

每一頻率點fx在對應(yīng)的電壓ux的確定，按uH/fH等于常數(shù)來確定(并對低頻進行電壓補償)。

式中，fH—額定頻率，Hz;uH—fH對應(yīng)的額定電壓，V;ux—fx對應(yīng)的電壓，V。

圖1 為恒轉(zhuǎn)矩段轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性曲線族，圖2 為恒轉(zhuǎn)矩段電流、轉(zhuǎn)速特性曲線族。

圖1 恒轉(zhuǎn)矩段轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性曲線族

圖2 恒轉(zhuǎn)矩段電流、轉(zhuǎn)速特性曲線族

(2)恒功率段為額定頻率以上頻率在最高頻率之間選2 ～3 頻率點(必須包括最高頻率點)測轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性曲線族(電壓、功率不變)，圖3 為恒功率段轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性曲線族。

圖3 恒功率段轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速曲線族

其中，T—轉(zhuǎn)矩(N·m);fx1＜fx2＜fx3＜fxn;fxn—電機最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的最高頻率(每個電機最高轉(zhuǎn)速是不固定的)。

(3)若在低頻進行電壓補償，圖1 中曲線最大轉(zhuǎn)矩基本相等，即在額定頻率以下最大轉(zhuǎn)矩點為恒定，再將圖2 各曲線最大轉(zhuǎn)矩點連成線，即得出最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性曲線，如圖4。

圖4 最大轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性曲線

3 最大轉(zhuǎn)矩的測定

建議用轉(zhuǎn)矩測量儀法，測取被試電機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速特性曲線(共7 條，每條曲線均測)，最大轉(zhuǎn)矩從曲線上求取。曲線可用自動記錄儀直接描繪，否則可用人工描繪。

3.1 額定轉(zhuǎn)矩的確定

式中，Px—fx對應(yīng)的功率，kW;PH—額定功率，kW;nx—fx對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，r/min;THX—對應(yīng)fx的額定轉(zhuǎn)矩，N·m。

3.2 臨界轉(zhuǎn)差率的確定

臨界轉(zhuǎn)差率sm指對應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率。

3.3 最大轉(zhuǎn)矩的確定

每個頻率對應(yīng)的曲線sm確定后，在恒轉(zhuǎn)矩段可以測這點最大轉(zhuǎn)矩。恒功率段最大轉(zhuǎn)矩可以用近似計算辦法算出，就比較省時省力。

4 結(jié)語

變頻調(diào)速電動機的額定頻率是根據(jù)基本轉(zhuǎn)速確定，頻率不都是50Hz，由額定頻率點為界限，分恒轉(zhuǎn)矩范圍和恒功率范圍。低頻起動及起動模式也不同，多種工作制決定了相關(guān)試驗項目不同于普通電動機。文中重點介紹了變頻三相異步電動機的試驗項目在GB/T 22670—2008 標(biāo)準(zhǔn)中沒有涉及到的特殊要求，為相關(guān)人員提供參考。

［1］ GB/T 1032—2012 三相異步電動機試驗方法.

［2］ GB/T 22670—2008 變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機試驗方法.

［3］ 張燕賓.SPWM 變頻調(diào)速應(yīng)用技術(shù).機械工業(yè)出版社，2006.1.