變頻電動機變頻調速系統分析

富婷，鄧昆

(1佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯154002；2湯原縣農村電氣化局，黑龍江湯原154700)

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變頻電動機變頻調速系統分析

富婷1，鄧昆2

(1佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯154002；2湯原縣農村電氣化局，黑龍江湯原154700)

通過對變頻電機變頻調速系統的分析，闡述了電力拖動中變頻調速系統電動機的機械特性和負載機械特性的原理和特點。同時提供了典型負載的功率計算方法，滿足了變頻調速電機運行時的電氣性能，為設計和制造提供了準確的參考依據。

機械特性；功率；負載機械特性

0　引言

變頻調速系統指在電力拖動中，做為動力的電動機，是采用變頻器做電源供給變頻調速電動機(以下簡稱變頻電機)進行調速的。變頻電機的機械特性和負載機械特性需相互適應，否則達不到正確拖動機械的目的。所以了解變頻電機的機械特性種類的特點，負載機械特性種類的特點至關重要。對典型負載的功率計算如風機、水泵、起重機械，加深了解變頻調速系統也是十分有益的。

1　變頻電動機機械特性和性質

機械特性是指轉矩隨著轉速變化畫出的曲線。工頻供電動機自然機械特性(非人為的)只有一條(見圖1)。

1.1工頻電動機額定頻率為50Hz。

1.2變頻電動機額定頻率根據負載特點不同，未提的可以理解為任意的，而且每一個頻率點對應一條像圖1形狀的曲線，所以變頻電動機機械特性是一個曲線族。通常為表示變頻電動機機械特性曲線，不但給出曲線族而且給出曲線族中每條曲線最大轉矩點的連線，如圖2所示。

根據圖中可知，(1)變頻電動機從低頻A點起動逐漸增加頻率(n也增加)到B點額定點，特點是轉矩為恒定的，功率、電壓及頻率是變化的，規律是保持電壓V與頻率f的比值為常數，即V/f=常數。

(2)由B點頻率增加(n也增加)到C點，特點為電壓、功率恒定、轉矩，隨轉速的增加而下降。

2　負載機械特性

電力拖動系統的穩定工作情況取決于電機和負載機械特性，下面了解一下負載機械特性。

2.1恒轉矩負載

(1)轉矩特點在不同轉速下，負載的阻轉矩基本恒定即

ML=const

(1)

即負載阻轉矩ML的大小與轉速nL高低無關。

(2)功率特點，負載功率PL和轉矩ML，轉速nL之間關系

(2)

即負載功率PL與轉速nL成正比。實例如帶式輸送機、起重機械適用圖2中的恒轉矩段。

2.2恒功率負載

(1)功率特點在不同轉速下，負責功率PL基本恒定

PL=const

(3)

即負載功率大小與轉速高低無關

(2)轉矩特點

(4)

負載轉矩與轉速成反比；實例如各種綣取機械，適用圖2恒功率段。

2.3二次方負載

(1)轉矩特點，負載轉矩ML與轉速nL的二次方成正比

ML=KMnL2

(5)

(2)功率特點，負載功率P與轉速n的三次方成正比

(6)

式中，KM、KP—為轉矩和功率常數。

離心風機和水泵均屬這類負載，適用圖2中的恒轉矩段。

2.4其他類型負載

(1)直線型負載

①轉矩特點，負載阻轉矩ML與轉速nL成正比

MT=KM′nL

(7)

②功率特點，負載的功率ML與轉速nL的二次方成正比

(8)

式中，KM′、KP′—轉矩常數和功率常數。軋鋼機的輾壓機，基本與二次方負載類似。

(2)混合特性負載

大部分金屬切削機床屬于此類負載。在低速切削時，具有恒轉矩性質；在調速切削時，屬于恒功率性質。圖2曲線滿足了恒轉矩、恒功率要求。

3　拖動泵與變頻電機的功率計算

涉及泵和風機性能時，常遇到有效功率、軸功率、原動機功率。有效功率指單位時間內通過泵或風機的流體實際得到的功率。軸功率指原協機傳給泵或風機軸上的功率。原動機功率P在本文指變頻電動機的功率。下面給出原動機(變頻電動機)輸出功率計算。

3.1泵的輸出功率

(9)

式中，ρ—密度,kg/m3；g—重力加速度，9.81m/s2；Q—體積流量，m3/s；H—揚程，m3/s；η—泵的效率；ηC—傳動效率。

3.2風機的輸出功率

(10)

式中，p—全壓，Pa；η—風機效率；ηC—傳動效率。

3.3傳動方式效率計算

傳動方式不同，傳動效率ηC

也不同，見表1。

表1　傳動方式與傳動效率

4　起重機械電機功率計算

起升電動機功率P1，按式(11)計算

(11)

式中，Q—起升載荷(包括吊具自重，起升高度起過50m鋼絲繩自重)(單位：t)；V—起升速度(m/min)；η—機械效率(滑輪組總效率×傳動部效率)。滑輪組總效率見表2。

表2　滑輪組總效率

表2中，n為齒輪副數，傳動部分效率：滑動軸承0.94n，滾動軸承0.98n。

5　結語

了解變頻電機的機械特性和負載機械特性是非常重要的，也是本文的核心內容，要掌握兩者之間的關系，對變頻調速系統有益。表1、表2的效率是供參考，按具體設備的效率為準。這對從事電機及相關行業的技術人員提供了有效的參考，典型負載電動機功率計算是提供給從事電動機行業有關人員參考，有利于為用戶更好服務。

[1]郭立君.風機與水泵，第二版.北京：中國電力出版社，2014.

[2]坡本種芳，長谷川政弘著.池成淵譯.橋式起重機設計計算 [日].北京：中國鐵道出版社，1987.

[3]張燕賓.SPWM變頻調速應用技術，第3版.北京：機械工業出版社，1997.

Analysis on Variable-Frequency Adjustable-Speed System of Variable-Frequency Motor

Fu Ting and Deng Kun

(1.JiamusiExplosion-proofElectricMachineInstitute,Jiamusi154002,China；2.TangyuanRuralElectrificationBureau,Tangyuan154700,China)

Principles and features for mechanical properties of motor and load of variable-frequency adjustable-speed system in electric driving are stated by analyzing variable-frequency adjustable-speed system. Power calculation method of the typical load is provided at the same time, and electrical performance of the variable-frequency adjustable-speed motor during running is met. It has provided accurate technical reference for design and manufacturer.

Mechanical properties；power；mechanical property of load

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.04.10

TM344.6；TM301.2

A

1008-7281(2016)04-0031-003

富婷女1976年生；畢業于哈爾濱理工大學電氣工程及其自動化專業，現從事電氣工程技術工作.

2015-05-25