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(tǒng)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(tǒng)的分析，闡述了電力拖動中變頻調速系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(guī)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(tǒng)的穩(wěn)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)?；喗M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(tǒng)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(yè)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(yè)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(yè)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(yè)于哈爾濱理工大學電氣工程及其自動化專業(yè)，現從事電氣工程技術工作.

2015-05-25