變頻電源供電變頻調速電動機

，

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154005)

0 引言

電力拖動系統的變頻調速廣泛應用于各個領域。變頻電源給電動機供電與工頻電源給電動機供電相比有很多不同之處。起動過程、起動方法不同，穩定運行后加減速度的方法也不同，制動與停止的方法也不同。更主要的是變頻電源供電的電動機絕緣結構不同，需要加強耐絕緣介電應力來承受不利因素的PDIV(局部放電起始電壓)或空氣中CIV(電暈起始電壓)的影響，在電動機設計上都應充分考慮這點并采取措施。

1 機械特性曲線及電流-轉速曲線

工頻電源一般按我國電力標準額定頻率為50Hz(國外有60Hz的)。從機械特性(轉矩-轉速)曲線和電流-轉速曲線看，變頻電源的額定頻率(基頻)理論上是任意的，根據負載類型和基本轉速來確定。電動機恒轉矩區和恒功率區分界點的頻率為額定頻率。電動機在運行過程中同步轉速根據需要是在變化的，同步轉速n1、頻率f、極對數p之間關系見式(1)。

(1)

(2)

式中，n2—轉子轉速。

n2=(1-s)n1

(3)

(4)

(5)

式中，ux、fx—任意電壓和頻率；uh、fh—額定電壓和額定頻率(基頻)。

電動機恒轉矩區kv=kf≤1，kv=kf=常數

電動機恒功率區kv為常數，kf≥1

工頻電源機械特性曲線及電流-轉速曲線見圖1。曲線1為機械特性曲線，曲線2為電流曲線。

B.起動電流點；C.起動轉矩點；D.最大轉矩點 E.額定轉矩點；F.同步轉速

每個頻率都對應一個機械特性曲線和與之對應的電流曲線，曲線形狀與圖1相似，這樣形成曲線族。將若干個頻率對應的機械特性曲線上的最大轉矩點連成線或如圖2所示的形狀。

圖2 變頻電源電動機機械特性曲線

2 起動方法

2.1 工頻電源電動機的起動方法

(1)直接起動；

(2)降壓起動：自藕調壓器起動、Y-Δ變換起動、軟啟動。

2.2 變頻電源電動機的起動方法

(1)低頻起動，最低起動頻率選基頻時的轉差頻率為好，通常電動機轉差頻率為2～3Hz。如果起動轉矩不足，可以提高至5Hz,還可以采取低頻時電壓補償來提高起動轉矩，同時應注意變頻器的過載能力(指電流)；

(2)加速過程頻率的設定從低頻至基頻之間可設若干個頻率點，連續從低頻對應的機械特性曲線切換到較高頻率機械曲線上直至基頻，起動點選的越密起動電流越小，加速時間越長；起動點選的越疏，起動電流越大，加速時間短；

(4)起動的設置原則是有足夠的起動轉矩，盡量小的起動電流不超過變頻器的充許值。起動時間設置應考慮負載轉動慣量大小，慣量大的負載加速時間設置不能過短，否則電流可能超過變頻器允許值。

3 運行中的調速

3.1 工頻電源的調速均屬有級調速

(1)借助機械設備調速；

(2)多速電機來改變速度；

(3)改變定子電壓調速如圖3所示。

圖3 電壓與轉速曲線

3.2 變頻電源的調速屬無級調速

(1)主要改變頻率調速；

(2)在調頻的同時，可以借助3.1中(1)和(2)款；

(3)矢量控制時，可以通過改變轉矩調速。

4 制動與停止

4.1 工頻電源

4.1.1 制動

(1)再生制動(發電制動);

(2)能耗制動;

(3)反接制動；

(4)機械設備制動。

4.1.2 停止采用斷電和機械制動器使電機停止運轉。

4.2 變頻電源

4.2.1 制動

矢量控制時“零制動”(即0Hz)具備制動功能使電動機停止轉動后，再使用機械抱閘。

4.2.2 停止

電動機的停機方式，在變頻調速系統中可選擇以下停機方式。

(1)減速停機，按預設的減速時間和方式停機；

(2)自由停機，變頻器逆變橋封鎖，停止輸出，切斷電源靠系統慣性停機；

(3)在低頻暫短運行后停機，然后頻率降到0Hz。

5 變頻電源供電對電動機的影響

5.1 供電波形不是像工頻電源的正弦波諧波含量大，除由基波電壓和電流產生的損耗外，還會產生附加損耗。這取決于變頻器的類型、參數及電動機和濾波電路的設計。如果不采取措施將占電動機額定輸出的1%～2%，主要體現在額定電流增加，在冷卻效果相同情況下電機溫升有所提高。

5.2 軸電流

軸承兩端建立的電壓超出潤滑脂的絕緣能力時，軸承就會流過電流，將電蝕軸承造成損壞。軸電源包括循環電流、轉軸接地電流、電容性放電流、電機端子處高頻共模電壓產生的共模電流。

5.3 浪涌電壓，高脈沖電壓

電壓源變頻器產生不同寬度和頻率的固定振幅電壓矩形脈沖。電動機端子處電壓突增與變頻器輸出脈沖電壓上升時間、電流長度及電動機阻抗有關，在變頻器輸出端和電動機端子處產生浪涌電壓，當變頻器沒有吸收裝置時，會產生高脈沖電壓。

5.4 峰值電壓、電壓變化(du/dt)

若變頻器中沒有最小脈沖時間控制，且兩脈沖之間與連接電纜的時間常數相匹配，電機端子處會出現大于兩倍的過電壓。

5.5 電動機絕緣介電應力

變頻電源供電時，其絕緣結構所承受的介電應力高于工頻電源供電承受的介電應力。除承受上述應力能力外，還應承受PDIV(局部放電起始電壓)或空氣中CIV(電暈起始電壓)的應力。影響電動機PDIV和CIV因素有以下幾點。

(1)繞組型，散繞組或成型繞組；

(2)散繞組，電磁線絕緣結構，大直徑導線具有高的PDIV;

(3)相間及對地絕緣選擇；

(4)浸漬種類和浸漬工藝；

(5)運行溫度，導線溫度高PDIV低。

6 結語

在實際運行中有的風機是不能停止的，一旦變頻電源產生故障必須立刻切換到工頻電源，這就形成了工頻電源與變頻電源互相切換。但是當風機額定頻率運行時，最好切換到工頻電源，這樣有利于節能。

采用變頻器做電源，變頻調速拖動系統與工頻電源的拖動系統有相同之處，更有不同之處。只有對整個拖動系統起動、運行、調速、制動和停止有了全面的了解，拖動系統才能更完善地工作。

[1] 張燕賓.SPWM變頻調整應用技術.機械工業出版社，2006.1.

[2] GB/T 21209—2007/IEC/TS 6034—25:2004 變頻器供電籠型感應電動機設計和性能導則.

[3] 蘇寶龍,紀繁祥.論變頻電源對小型變頻變壓異步電動機損耗的影響.防爆電機，2012.1.

[4] 于淑華,王君實.變頻調速電動機繞組損壞原因分析.防爆電機，2013.2.

[5] 閆麗利,杜洪偉,王佳斐.變頻器供電異步電動機絕緣系統概述.防爆電機，2013.3.