变频调速的四象限运行

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1、技术讲座变频调速的四象限运行变频调速的四象限运行张燕宾1异步电动机的机械特性要特征可由三个点来描述1.1概述电力拖动系统就是电动机带动生产机械运动大多数为旋转运动的系统进一步说则是电动机的电磁转矩克服了生产机械的阻转矩把生产机械带动到一定转速的运行系统如图1所示拖动系统主要由三大部分构成图2异步电动机的自然机械特性(1)理想空载点N0点电动机输出轴上的转矩为0T=0称为理想空载这时电动机的转速可以达到同步转速旋转磁场的转速n0所以N0点的坐标是0n0图1电力拖动系统的构成(2)起动点S点(1)电动机是把电能转换成机械能的装置在拖动系电动机刚接通电源但转速仍为0时称为起动点这时

2、统里起原动机的作用的转矩称为起动转矩TS也叫堵转转矩因此S点的坐标(2)生产机械是拖动系统的工作对象如鼓风机水是T0S泵起重机械机床等也是电动机的负载通常异步电动机的起动转矩应大于额定转矩的1.5倍(3)传动机构是把电动机输出的机械能传递给生产机TS1.5TMN械的装置在大多数情况下是一种减速装置有时也能在一(3)临界点K点定范围内进行调速常见的传动机构如皮带齿轮联轴器异步电动机的机械特性有一个拐点K在这一点电动等机所能产生的电磁转矩最大称为临界转矩用TK表示K拖动系统的主要物理量是点称为临界点与此对应的转速称为临界转速nK相应地(1)转速n拖动系统的基本工况是由电动机带动生

3、产有临界转差nK和临界转差率sK所以K点的坐标是机械以一定的速度运行因此转速n是拖动系统的工作目TnKK的本文中电动机输出轴上的转速用nM表示生产机械输临界转矩与额定转矩之比就是异步电动机的过载能力入轴上的转速用nL表示通常过载能力应大于(2)转矩T对于电动机这是拖动系统得以转动的原TK2.0TMN因是原动力由于电动机的转矩是由电流和磁场相互作用1.3拖动系统的工作点与转速变化而产生的故称为电磁转矩用TM表示1.3.1拖动系统的工作点描绘转速n与转矩T之间的关系n=¦(T)是至关重要的在电动机机械特性曲线与负载机械特性曲线称之为机械特性在异步电动机内电磁转矩的大小与电流的交点

4、Q处说明了电动机的电磁转矩TM和负载转矩TL恰和磁通量的乘积成正比好相等拖动系统将在转速nQ下稳定运行如图3所示QTM=KTI1Ф1cos2(1)点称为拖动系统的稳定运行点或简称为工作点式中KT为转矩常数I1为定子电流Ф1为每个磁极的磁通量cos2为转子电流的功率因数作为拖动生产机械的原动转矩应该是电动机轴上的输出转矩是电磁转矩克服了电动机内部的磨擦损失和通风损失的结果但由于磨擦损失和通风损失都很小为了简化分析的过程常粗略地把异步电动机的电磁转矩直接看作是电动机轴上的输出转矩1.2自然机械特性与速度变化图3拖动系统的工作点与转速变化电动机在没有人为地改变其参数时的机械特性

5、称为自1.3.2负载减小时的转速变化然机械特性异步电动机的自然机械特性如图所示其主如果负载转矩减小为TL负载机械特性移至曲线自动化博览变频调速技术讲座培训班10月在京举办诚邀参与53万方数据变频调速的四象限运行技术讲座则由于TM>TL拖动系统的转速将上升由电动机的机械故临界转差基本不变特性知随着转速的上升电动机的转矩将减小如图3所示拖动系统的工作点将顺着曲线向Q移动当到达Q点时电动机的电磁转矩TM又和负载转矩TL相等拖动系统将在转速nQ下稳定运行拖动系统的工作移到了Q点这时转速已经上升了需要注意的是上述的转速变化是由于负载机械特性的变化引起的电动机的机械特性并未发生变化因此从

6、电动机的角度看工作点的转移是在同一条机械特性上进行的1.4人工机械特性与转速调节1.4.1异步电动机的人工特性图6改变频率的机械特性当人为地改变电动机的参数时电动机的机械特性也必将随之改变改变后的机械特性称为人工特性异步电动机1.4.2拖动系统的转速调节主要的人工特性有负载的转矩不变通过人为地改变电动机的参数而改变(1)改变电压的人工机械特性拖动系统的转速称为转速调节今以加大转子电阻为例说明转速调节过程如下如图4中之曲线所示主要特点是理想空载点不变但临界点左移至K点如图7曲线为异步电动机的自然机械特性曲线是负载的机械特性负载转矩为TL工作点为Q1拖动系统的转速为n1图4改变电

7、压的机械特性同步转速n0不变临界转矩减小为TK临界点的转速nK不变故临界转差和临界转差率都不变图7改变转子电阻的调速(2)改变转子电阻的人工机械特性在转子电路中加入电阻电动机的机械特性立即由曲线如图中之曲线所示主要特点是理想空载点不变改变为曲线在刚改变的瞬间由于拖动系统具有惯性但临界点下移至K点其转速仍保持为n1因此拖动系统的工作点将立即从曲线上的Q1点跳变到曲线上的Q点电动机的转矩减小为TM因为TM