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變頻調(diào)速中的恒功率和恒轉(zhuǎn)矩如何解讀

時間:2018-07-18 18:09:05來源:網(wǎng)絡(luò)

導(dǎo)語:?廠設(shè)計(jì)的電機(jī),都是按照在工頻電壓下(380V,50HZ)的給定下,所得到的額定轉(zhuǎn)速值,如果在實(shí)際工況當(dāng)中,沒有達(dá)到380V,比如說只有300V,50HZ,那么這是一個欠壓的情況。

出廠設(shè)計(jì)的電機(jī),都是按照在工頻電壓下(380V,50HZ)的給定下,所得到的額定轉(zhuǎn)速值,如果在實(shí)際工況當(dāng)中,沒有達(dá)到380V,比如說只有300V,50HZ,那么這是一個欠壓的情況,肯定是不能達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速值,因?yàn)榘凑者@個電機(jī)的設(shè)計(jì),50HZ的頻率下,一定要有380V的電壓來勵磁,如今沒有在額定電壓下,沒有達(dá)到應(yīng)有的磁場強(qiáng)度,磁通偏小,那么肯定會影響速度的,不能因?yàn)?0f/p這個公式來看速度的變化。又比如說在380V的40HZ的輸入的情況下,根據(jù)公式E=K*F*Q,E不變,f降低了,那么Q磁通變大了,這是一種過壓的情況,過大的勵磁,磁通在長時間下,會使電機(jī)發(fā)熱并有可能燒毀的。所以說磁通這個值不能過大,這個值是根據(jù)電機(jī)在設(shè)計(jì)的時候就決定了其承載磁通能力。通常在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(50HZ以下),此時的磁通為額定磁通,也稱為滿磁,如果電壓/頻率變大,則會超過這個磁通值,造成電機(jī)發(fā)熱。

下面說恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速

恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速:

就是說讓磁通保持一個不變的值,V/F=Q(磁通)是一個不變的值,為什么叫恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,就是說負(fù)載的轉(zhuǎn)矩是個定值,要求電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩值也是個定值,看公式:T=K*I*Q,如今Q不變,那么電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩就和I成正比,因?yàn)镼這個值通過銘牌就可以計(jì)算出來的V(額定電壓)/50HZ,所以在Q確定且不變的情況下,線圈的額定電流(不論有無負(fù)載,最大通過電流)確定的情況下,該電機(jī)能輸出的最大力矩也就能夠確定(也就能確定電機(jī)能帶動多大轉(zhuǎn)矩的恒負(fù)載),所以電機(jī)的過流能力就體現(xiàn)了電機(jī)的過載(轉(zhuǎn)矩)能力。

在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速下,也只需要通過變頻器向電機(jī)輸送經(jīng)過調(diào)制的一定頻率的電壓(這個比是磁通,是個定值),負(fù)載的轉(zhuǎn)矩也是個定值,那么N一定,T一定,輸入的功率P也就定了。如果F增大,轉(zhuǎn)速N增大,那么功率P也就變大了,因?yàn)檗D(zhuǎn)矩T是不會因?yàn)樗俣仍龃蠖兇蟮模ㄟ@個也叫恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,如傳送帶。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān),任何轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩總保持恒定或基本恒定。應(yīng)用的場合比如傳送帶、攪拌機(jī),擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載)

還有一點(diǎn),額定轉(zhuǎn)速這個值是電機(jī)空轉(zhuǎn)時所得到的值,這個值對于的意義來說,在達(dá)到額定電壓的情況下,在達(dá)到額定功率的情況下,這個值越大,輸出轉(zhuǎn)矩就越小,這個就是恒功率調(diào)速的一個特點(diǎn)。公式T=9550*P/N(額定轉(zhuǎn)速)。所以在F>50HZ的情況下,(這個時候已經(jīng)輸出為最大功率了),在使N變大的時候,要注意T在變小,要避免T太小而小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩引起事故。在恒功率調(diào)速時,是通過減小磁通來達(dá)到減小輸出轉(zhuǎn)矩從而提高速度的這樣的過程來調(diào)速,所以這個也叫弱磁調(diào)速。

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān),任何轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩總保持恒定或基本恒定。應(yīng)用的場合比如傳送帶、攪拌機(jī),擠壓機(jī)等摩擦類負(fù)載以及吊車、提升機(jī)等位能負(fù)載。

恒功率負(fù)載的特點(diǎn)是比如機(jī)床主軸和軋機(jī)、造紙機(jī)、塑料薄膜生產(chǎn)線中的卷取機(jī)、開卷機(jī)等要求的轉(zhuǎn)矩,大體與轉(zhuǎn)速成反比,這就是所謂的恒功率負(fù)載。負(fù)載的恒功率性質(zhì)應(yīng)該是就一定的速度變化范圍而言的。當(dāng)速度很低時,受機(jī)械強(qiáng)度的限制,轉(zhuǎn)矩不可能無限增大,在低速下轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩性質(zhì)。

負(fù)載的恒功率區(qū)和恒轉(zhuǎn)矩區(qū)對傳動方案的選擇有影響,電動機(jī)在恒磁通調(diào)速時,最大容許輸出轉(zhuǎn)矩不變,屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速;而在弱磁調(diào)速時,最大容許輸出轉(zhuǎn)矩與速度成反比,屬于恒功率調(diào)速。如果電動機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速的范圍與負(fù)載的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率范圍相一致時,即所謂"匹配"的情況下,電動機(jī)的容量和變頻器的容量均最小。這一點(diǎn)從直流電機(jī)特性來理解更容易。

除了上述兩類負(fù)載一般還有風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載,他的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩和速度的2次方成正比。隨著轉(zhuǎn)速的減小,轉(zhuǎn)矩按轉(zhuǎn)速的2次方減小。這種負(fù)載所需的功率與速度的3次方成正比。

對于上面所提到的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載來講,調(diào)速范圍一般就定義在基本頻率以下(一般50HZ)。對50HZ以下的調(diào)速,一般是不能達(dá)到額定功率的。比如說起重,在達(dá)到額定功率后,繼續(xù)要求速度加大,那么輸出力矩就會下降,那如何加速(因?yàn)榧铀俚脑捯敵隽卮笥谪?fù)載力矩),所以這個命題是矛盾的。在達(dá)到P/T(額定負(fù)載)的轉(zhuǎn)速后,將不能繼續(xù)增大轉(zhuǎn)速了,否則將帶不動負(fù)載。這個不同于恒功率負(fù)載,恒功率負(fù)載是轉(zhuǎn)速越快,所需的負(fù)載轉(zhuǎn)矩是越小。

對于恒功率負(fù)載來講,他的調(diào)速范圍會經(jīng)歷兩個區(qū)間。在低速時,某個頻率以下時,可以認(rèn)為他是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,因?yàn)榘凑蛰敵龉β屎愣▉砜?,速度很低時,電機(jī)不可能輸出一個無窮大的轉(zhuǎn)矩,這個時候應(yīng)該認(rèn)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)該是一個恒定值,即恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì),而輸出功率來說也不會直接就為額定功率。而當(dāng)頻率加大到某個頻率以上時,輸出為額定功率了,那么那個時候就為恒功率調(diào)速了。

從空載到額定負(fù)載主磁通基本不變;可以這樣理解:磁路飽和;

從公式看:磁通=定子感應(yīng)電動勢/(4.44*f1*N1*繞組系數(shù)),由于定子阻抗Z1很小,所以定子感應(yīng)電動勢近似等于電源電壓,當(dāng)電機(jī)結(jié)構(gòu)一定時,主磁通只取決于電源電壓。電動機(jī)正常運(yùn)行時磁路都是處在臨近飽和的狀態(tài),為了得到充分利用,電機(jī)就是這樣設(shè)計(jì)的。

轉(zhuǎn)矩=轉(zhuǎn)矩常數(shù)*磁通*轉(zhuǎn)子電流有功分量

一般來說,空載時的電流是額定電流的35-45%,這個電流主要就是電動機(jī)的勵磁電流,用來產(chǎn)生主磁通的,所以空載時電動機(jī)功率因數(shù)很低。隨著帶負(fù)載的增加,定子電流增加的部分主要是為了增加電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,以便電動機(jī)能夠拖動負(fù)載,用于勵磁的電流并不增加,原因如你所說:“異步電機(jī)制成之后,空載時,磁通已接近飽和”。

磁通由電流產(chǎn)生,這并不代表變壓器的磁通取決于電流。

原因是變壓器具有一次繞組和二次繞組,一次繞組除了勵磁電流之外,大部分電流產(chǎn)生的磁通與二次繞組電流產(chǎn)生的磁通相互抵消。因此,變壓器的磁通是由勵磁電流決定的。

勵磁電流正比于磁通,磁通正比于一次繞組感應(yīng)電動勢。

E=4.44*f*N1*Φm

Φm=E/(4.44*f*N1)

忽略繞組直流電阻,E≈U1。

Φm≈U1/(4.44*f*N1)(1)

變壓器的主磁通取決于一次電壓、頻率和一次繞組的匝數(shù)。

對于固定一臺變壓器,N1確定,通常頻率也固定(如50Hz),那么,主磁通由一次電壓決定。

當(dāng)然也有特殊的情形,比如變頻調(diào)速就有兩種控制方式:U/f=C的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和調(diào)節(jié)勵磁電流達(dá)到調(diào)整Φ的近似恒功率調(diào)速。但對于大多數(shù)情況下,為保證電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行,大多采用的就是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式,這個原因主要是生產(chǎn)所用負(fù)載大多也是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載性質(zhì)決定的。

因此,在空載,輕載,額定負(fù)載,滿載等情況下,各定子電流不同,但主磁通基本是不變的。

異步電機(jī)中,定子繞組通入的是交流電,就是說電流是大小不斷變化的,這樣產(chǎn)生的磁通也是大小變化的呀?那么一般說定子磁通的大小,是怎么指定的呀?

難道是各個繞組中的磁通雖然變化,但是共同作用的結(jié)果產(chǎn)生一個固定的磁通了?就是說,每相繞組電流在變化,磁通在變化,但是在整個電機(jī)內(nèi)部形成的是一個固定值不變的磁通?該磁通為主磁通。。

所謂交流電,就是大小和方向不斷變化的電能。但是這里所指的恒定,指的是其有效值的恒定,不是瞬時值的恒定。定子磁通隨定子電流不斷瞬時變化,但其有效值是恒定的。

電壓方程:U=E+I*R

輸入電壓=反電勢+電流*電阻

反電勢方程:E=Ce*n*φ

反電勢=常數(shù)Ce*轉(zhuǎn)速*磁通

轉(zhuǎn)矩方程:T=Ct*I*φ

電磁轉(zhuǎn)矩=常數(shù)Ct*電流*磁通

電動機(jī)設(shè)計(jì)好后,電阻和磁通基本是固定的

(1)前兩個方程聯(lián)立可得轉(zhuǎn)速和電壓電流的關(guān)系

第三個方程可得轉(zhuǎn)矩和電壓電流的關(guān)系

(2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速確定時,可通過第三個方程確定電流,在通過前兩個方程確定電壓

磁轉(zhuǎn)矩Tem=負(fù)載轉(zhuǎn)矩+空載轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)子克服負(fù)載的轉(zhuǎn)矩和空載損耗對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩)

=常數(shù)CT*主磁通*轉(zhuǎn)子電流有功分量

T=9550*P/N(額定轉(zhuǎn)速)

電機(jī)弱磁

1、交流電機(jī)的電壓不變,頻率下降時,磁場會增強(qiáng)直到飽和;

2、交流電機(jī)的電壓不變,頻率上升時,磁場會減弱;

3、原因是電機(jī)的電勢平衡原理決定的,電勢平衡原理可以用電勢平衡方程式表示:

U-Ir=E=CeΦfU一定,Φ↑f↓或者Φ↓f↑;

4、電機(jī)的磁場Φ,決定于電壓U的大?。?/p>

5、變頻器在額定頻率以下運(yùn)行,通過頻率下降電壓同時下降,保證電機(jī)磁場Φ恒定;

6、變頻器在額定頻率以上運(yùn)行,通過頻率上升而電壓不能上升,電機(jī)磁場Φ減弱,進(jìn)入弱磁調(diào)速!

7、弱磁調(diào)速,意味著電機(jī)速度超過額定轉(zhuǎn)速時,因磁場減弱額定轉(zhuǎn)矩下降,就是說還要額定轉(zhuǎn)矩運(yùn)行,電機(jī)的電流就要增大、功率就要隨著轉(zhuǎn)速正比增大,電機(jī)就會發(fā)熱,無法正常運(yùn)行;

8、所以電機(jī)在弱磁運(yùn)行時,速度高,轉(zhuǎn)矩低,轉(zhuǎn)速越高,轉(zhuǎn)矩越小,保持額定電流不變、功率不變,電機(jī)的發(fā)熱量不增大而能正常運(yùn)行;

9、所以弱磁調(diào)速運(yùn)行的關(guān)鍵是,電機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩必須隨著速度升高反比下降,如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不能因速度升高而反比下降,這個負(fù)載就不宜進(jìn)入弱磁調(diào)速;

10、你可以檢測電流,弱磁調(diào)速時,如果電流隨著速度升高而保持在額定電流一下,那么電機(jī)的發(fā)熱量就不大,允許運(yùn)行,否則就不允許弱磁調(diào)速運(yùn)行;

11、以上說的沒有考慮軸承等機(jī)械強(qiáng)度是否允許的問題!

12、電機(jī)進(jìn)入弱磁調(diào)速,最高速度或者頻率,應(yīng)該是電機(jī)空載運(yùn)行時,電機(jī)電流保持在額定電流及其一下的最大速度或最高頻率!你可以空載試驗(yàn)確定!

13、上述結(jié)論,是在電機(jī)軸承及其相關(guān)機(jī)械強(qiáng)度允許情況下!

14、如果負(fù)載需要高速運(yùn)行,可以通過機(jī)械傳動比來實(shí)現(xiàn),不一定要電機(jī)進(jìn)入弱磁調(diào)速區(qū);

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