第1个回答 2013-09-01
不懂这个问题，不明白铁心都是设定好的怎么会存在饱和与不饱和。
第2个回答 2013-09-01
电机铁心饱和会有什么问题？？
电机铁心饱和，则绕组电感量下降，电流大增。将烧毁电机绕组。
电机铁心饱和，则绕组电感量下降，电流大增。将烧毁电机绕组。
第3个回答 2013-09-01
小型普通交流异步电动机变频调速性能研究
摘要:变频器和普通交流异步电机组成的调速系统被广泛使用,但人们还只是根据经验确定电机的最佳变频调速范围。
本文通过测试普通交流异步电机在频率改变时的输出转矩转速和效率曲线,定量的研究了在频率改变时其性能的变化,
在此基础上提出了交流异步电机变频调速的最佳频率范围。
关键词:变频调速 普通交流异步电机 最佳调速范围
Abstract:The system that ismade from common alternate electricalasynchronousmotorand inverter is extensively used. Butpeo-
ple still certain the scope ofsuperior frequency thatcommon alternate electricalasynchronousmotorworksby experience. Author tested
the curves of rotation number, torque and efficiencywhen common alternate electrical asynchronousmotorworks at different frequen-
cies. On the base, we bring forward the scope of superior frequency that common alternate electrical asynchronousmotor.
Key words:adjusting the speed by changing frequency; common alternate electrical asynchronousmotor; optmi um scope that com-
mon alternate electrical asynchronousmotorworks
变频调速是一种典型的交流电动机调速方法,交流电
动机采用变频调速技术不仅能够实现无级调速,而且可以
根据负载的不同,通过适当调节电压和频率的关系,使电
机始终在高效率区运行,并且保证良好的动态性能,因而
被广泛使用[1]。
目前,世界上有60%左右的发电量是通过电动机消
耗的。据统计,我国各类电动机的装机容量已超过4亿
kW,其中异步电动机约占90%,拖动风机、水泵及压缩机
类机械的电动机约1.3亿kW。在目前4亿kW的电动机
负载中,约有50%的负载是变动的,其中的30%可以使用
电动机调速[2, 3]。虽然,有专门为变频调速系统而设计的
变频调速电机,但是由于变频调速电机价格较贵,所以在
大多数有调速要求的系统中都是变频器和普通交流异步
电机组成的调速系统[4]。但是,在实际生产中,还只是凭
借经验确定交流异步电机运行的频率范围,而对普通交流
异步电机在频率改变时,电机的各项性能指标的大小和变
化情况还没有定量研究。在本文中,我们以Y100L1-4普
通三相交流异步电机和松下VF-8X变频器组成的变频
调速系统为测试对象,测试普通交流异步电机在频率改变
时的各项性能指标,以这些实验数据为依据,进而分析确
定普通交流异步电机变频调速的最佳调速范围。在测试
中所有的实验均按照国标中三相异步电机型式实验的相
关规定进行。
1 频率改变时电机的实际性能测试
在测试中,电机采用恒压频比控制方式,为了实际测得
电机在不同频率下运行时,电机的输出转矩、转速和效率的
变化,需要进行电机在不同频率下的负载实验。为了保护
电机,首先根据电机参数,计算出电机在各个频率和转矩提
升电压下的转矩转速理论曲线,进而根据其做电机负载实
验。最后,利用MATERLAB对测得的离散数据进行处理,
将其用光滑曲线连接,并与理论的曲线进行比较分析。
1. 1频率变化时转矩转速理论和实际测得曲线的比较
根据电机的T形等效电路图,可以得出电机的转矩转
速方程为:
下的转矩转速(转差率)曲线。
从图可知,电
机在不同频率下
的转矩转速理论
曲线是一组相互
平行的曲线,电机
的最大转矩随频
率的降低而降低。
实际测得的转矩
转速曲线和理论
转矩转速存在有
落差,这主要是由
电机的各种损耗
引起的,并且,随
着电机负载的增
加,电机实际转速
相对于理论转速
的落差越大,当达
到或接近电机最
大转矩时,转速会
急剧降落[5]。另
外,实际转矩转速
曲线之间并不平行,而是随着频率降低曲线变得越陡,也
就是说电机的机械特性变得越来越软。可以看出在频率
为10Hz时,电机转矩转速实际曲线和理论曲线相差较
大,电机的机械特性变得很软,过载能力变得很低。虽然,
当电压提升时,电机在低频时的性能会得到一定的改善,
例如,实际测试中,在f=20 Hz时,提升电压从0增加到
30 V时,电机实际测得的最大转矩从19.5(N·m)增加到
了28·5(N.m)。但是,在f=10 Hz时,其过载能力改善
并不理想,理论最大转矩能达到31. 2 (N·m),但是实际
测试只有18(N·m),而且,由于机械特性太软,导致转速
太低,散热能力变差,同时由于转矩提升电压过高,将引起
电机铁心的过分饱和,励磁电流急剧增加,导致绕组过分
发热,从而损坏电机,实际能够长期稳定拖动的最大负载
只能达到10(N·m)左右。
1. 2频率变化时实际测得的效率变化曲线
电机的效率是电机性能的重要参数之一,电机的效率
可由下式计算得出:
η=1-Pcu1+Pfe+Pcu2+PΩ+PΔP1
Pcu1=3I21R1 Pfe=3I2mRm Pcu2=3I′22R′2
式中:η—效率,Pcu1—定子铜耗,Pfe—电机铁耗,Pcu2—转
子铜耗,PΩ—机械损耗,PΔ—杂散损耗,Rm—励磁电阻,
I1—定子电流,Im—励磁电流,I′2—转子归算电流。
实验中可测出定转子的电流值,根据温升可修正电机
的定转子电阻值,进而计算出电机定转子铜耗和电机铁
耗,另外,电机机械损耗和杂散损耗取其推荐值,从而计算
出电机的理论效率。而电机实际效率则是由测得的电机
输出功率直接除以测得的电机定子侧输入功率得到[10]。
从测试结果可知,当频率大于30 Hz时,电机的效
随提升电压的增高变化不大,甚至会有所降低,在低频运
行时,电机的效率会随提升电压的升高而升高,尽管这样,
电机在低频下运行的效率还是很低,在频率为20 Hz时,
电机的效率开始有比较大的降落,最大效率下降到60%
左右,而在10 Hz时,电机效率急剧下降,最大效率只有
40%左右[11]。这
是由于频率降低
时,电机机械特性
变得很软,随着负
载的增加,电机的
转差率快速增大,
从而使定转子电
流急剧增大,电机
铁耗和铜耗增大,
从而使效率降低。
当转矩提升电压
增大时,在低频下
电机的效率有一
定的提高,这是因
为,电压升高,一
方面会使定子电
流增大,但是同时
也会使在相同负
载下电机的转速
升高,转差率减
小,定转子电流减
小,这样实际的定
转子电流变化不
大,既铜耗和铁耗
变化不大。所以
在相同负载下时,
电机的转速升高,输
出功率变大,同时损
耗基本不变,因而效
率升高。
2 结论
从实测数据
和以上的分析可
知,当频率小于20 Hz时,普通交流异步电机的过载能力
会变得过低,当转矩提升电压增加时,其实际的过载能力
提升也不尽理想,而且当频率小于20 Hz时,电机的效率
太低,电机的发热量大,散热差,温升过高,因此,小型普通
交流异步电机变频调速的最佳范围为20Hz~50Hz。
参考资料
1陈伯时,陈敏逊编著·交流调速系统·机械工业出版社,1998
2常进·感应电机恒功率因数控制的研究·中国电机工程学报,
2002,11
3电机工程手册(电机卷)·机械工业出版社,1996
4辜承林编著·机电动力系统分析·华中理工大学出版社,1998
5崔纳新·变频调速异步电动机效率优化控制的研究进展·电工技
术学报,2004,5
6汤蕴缪,史乃编著·电机学[M].机械工业出版社,2002年8月(第
一版)
7王益全,张炳义等编著·电机测试技术[M].科学技术出版社,
2004年1月(第一版)
8Eugene A. K·Polyphase Induction Motor Performance and Losses on
NonsinusoidalVoltage Source·IEEE. Trans. on PAS, NO. 3, pp625-
6341968
9 B. J. Chalmers·Induction-motor Losses Due to Nonsinusoidal Supply
Waveforms.PROC, IEE. vo.l 115,NO.12,PP1777-1782,1968
10 S.D. T. Robertson and K.M.Hebbar·Torque Pulsation in Induction
Motorswith InverterDrivers, IEEE Trans. Ind.Gen.App,l vo,l IGA-
7,PP318-323,1971
11 BroeckHW VD, SkudelnyH-C·Analysis andRealization ofaPulse
WidthModulatorBase onVoltage SpaceVectors. IEEE Transaction on
IndustryApplications,1998, 24(1)
12HOLTZ J·Pulse Width Modulation for Electronic Power Conver-
sion·Proceedings of the IEEE PowerElectronics andMotion Contro,l
1994,8
摘要:变频器和普通交流异步电机组成的调速系统被广泛使用,但人们还只是根据经验确定电机的最佳变频调速范围。
本文通过测试普通交流异步电机在频率改变时的输出转矩转速和效率曲线,定量的研究了在频率改变时其性能的变化,
在此基础上提出了交流异步电机变频调速的最佳频率范围。
关键词:变频调速 普通交流异步电机 最佳调速范围
Abstract:The system that ismade from common alternate electricalasynchronousmotorand inverter is extensively used. Butpeo-
ple still certain the scope ofsuperior frequency thatcommon alternate electricalasynchronousmotorworksby experience. Author tested
the curves of rotation number, torque and efficiencywhen common alternate electrical asynchronousmotorworks at different frequen-
cies. On the base, we bring forward the scope of superior frequency that common alternate electrical asynchronousmotor.
Key words:adjusting the speed by changing frequency; common alternate electrical asynchronousmotor; optmi um scope that com-
mon alternate electrical asynchronousmotorworks
变频调速是一种典型的交流电动机调速方法,交流电
动机采用变频调速技术不仅能够实现无级调速,而且可以
根据负载的不同,通过适当调节电压和频率的关系,使电
机始终在高效率区运行,并且保证良好的动态性能,因而
被广泛使用[1]。
目前,世界上有60%左右的发电量是通过电动机消
耗的。据统计,我国各类电动机的装机容量已超过4亿
kW,其中异步电动机约占90%,拖动风机、水泵及压缩机
类机械的电动机约1.3亿kW。在目前4亿kW的电动机
负载中,约有50%的负载是变动的,其中的30%可以使用
电动机调速[2, 3]。虽然,有专门为变频调速系统而设计的
变频调速电机,但是由于变频调速电机价格较贵,所以在
大多数有调速要求的系统中都是变频器和普通交流异步
电机组成的调速系统[4]。但是,在实际生产中,还只是凭
借经验确定交流异步电机运行的频率范围,而对普通交流
异步电机在频率改变时,电机的各项性能指标的大小和变
化情况还没有定量研究。在本文中,我们以Y100L1-4普
通三相交流异步电机和松下VF-8X变频器组成的变频
调速系统为测试对象,测试普通交流异步电机在频率改变
时的各项性能指标,以这些实验数据为依据,进而分析确
定普通交流异步电机变频调速的最佳调速范围。在测试
中所有的实验均按照国标中三相异步电机型式实验的相
关规定进行。
1 频率改变时电机的实际性能测试
在测试中,电机采用恒压频比控制方式,为了实际测得
电机在不同频率下运行时,电机的输出转矩、转速和效率的
变化,需要进行电机在不同频率下的负载实验。为了保护
电机,首先根据电机参数,计算出电机在各个频率和转矩提
升电压下的转矩转速理论曲线,进而根据其做电机负载实
验。最后,利用MATERLAB对测得的离散数据进行处理,
将其用光滑曲线连接,并与理论的曲线进行比较分析。
1. 1频率变化时转矩转速理论和实际测得曲线的比较
根据电机的T形等效电路图,可以得出电机的转矩转
速方程为:
下的转矩转速(转差率)曲线。
从图可知,电
机在不同频率下
的转矩转速理论
曲线是一组相互
平行的曲线,电机
的最大转矩随频
率的降低而降低。
实际测得的转矩
转速曲线和理论
转矩转速存在有
落差,这主要是由
电机的各种损耗
引起的,并且,随
着电机负载的增
加,电机实际转速
相对于理论转速
的落差越大,当达
到或接近电机最
大转矩时,转速会
急剧降落[5]。另
外,实际转矩转速
曲线之间并不平行,而是随着频率降低曲线变得越陡,也
就是说电机的机械特性变得越来越软。可以看出在频率
为10Hz时,电机转矩转速实际曲线和理论曲线相差较
大,电机的机械特性变得很软,过载能力变得很低。虽然,
当电压提升时,电机在低频时的性能会得到一定的改善,
例如,实际测试中,在f=20 Hz时,提升电压从0增加到
30 V时,电机实际测得的最大转矩从19.5(N·m)增加到
了28·5(N.m)。但是,在f=10 Hz时,其过载能力改善
并不理想,理论最大转矩能达到31. 2 (N·m),但是实际
测试只有18(N·m),而且,由于机械特性太软,导致转速
太低,散热能力变差,同时由于转矩提升电压过高,将引起
电机铁心的过分饱和,励磁电流急剧增加,导致绕组过分
发热,从而损坏电机,实际能够长期稳定拖动的最大负载
只能达到10(N·m)左右。
1. 2频率变化时实际测得的效率变化曲线
电机的效率是电机性能的重要参数之一,电机的效率
可由下式计算得出:
η=1-Pcu1+Pfe+Pcu2+PΩ+PΔP1
Pcu1=3I21R1 Pfe=3I2mRm Pcu2=3I′22R′2
式中:η—效率,Pcu1—定子铜耗,Pfe—电机铁耗,Pcu2—转
子铜耗,PΩ—机械损耗,PΔ—杂散损耗,Rm—励磁电阻,
I1—定子电流,Im—励磁电流,I′2—转子归算电流。
实验中可测出定转子的电流值,根据温升可修正电机
的定转子电阻值,进而计算出电机定转子铜耗和电机铁
耗,另外,电机机械损耗和杂散损耗取其推荐值,从而计算
出电机的理论效率。而电机实际效率则是由测得的电机
输出功率直接除以测得的电机定子侧输入功率得到[10]。
从测试结果可知,当频率大于30 Hz时,电机的效
随提升电压的增高变化不大,甚至会有所降低,在低频运
行时,电机的效率会随提升电压的升高而升高,尽管这样,
电机在低频下运行的效率还是很低,在频率为20 Hz时,
电机的效率开始有比较大的降落,最大效率下降到60%
左右,而在10 Hz时,电机效率急剧下降,最大效率只有
40%左右[11]。这
是由于频率降低
时,电机机械特性
变得很软,随着负
载的增加,电机的
转差率快速增大,
从而使定转子电
流急剧增大,电机
铁耗和铜耗增大,
从而使效率降低。
当转矩提升电压
增大时,在低频下
电机的效率有一
定的提高,这是因
为,电压升高,一
方面会使定子电
流增大,但是同时
也会使在相同负
载下电机的转速
升高,转差率减
小,定转子电流减
小,这样实际的定
转子电流变化不
大,既铜耗和铁耗
变化不大。所以
在相同负载下时,
电机的转速升高,输
出功率变大,同时损
耗基本不变,因而效
率升高。
2 结论
从实测数据
和以上的分析可
知,当频率小于20 Hz时,普通交流异步电机的过载能力
会变得过低,当转矩提升电压增加时,其实际的过载能力
提升也不尽理想,而且当频率小于20 Hz时,电机的效率
太低,电机的发热量大,散热差,温升过高,因此,小型普通
交流异步电机变频调速的最佳范围为20Hz~50Hz。
参考资料
1陈伯时,陈敏逊编著·交流调速系统·机械工业出版社,1998
2常进·感应电机恒功率因数控制的研究·中国电机工程学报,
2002,11
3电机工程手册(电机卷)·机械工业出版社,1996
4辜承林编著·机电动力系统分析·华中理工大学出版社,1998
5崔纳新·变频调速异步电动机效率优化控制的研究进展·电工技
术学报,2004,5
6汤蕴缪,史乃编著·电机学[M].机械工业出版社,2002年8月(第
一版)
7王益全,张炳义等编著·电机测试技术[M].科学技术出版社,
2004年1月(第一版)
8Eugene A. K·Polyphase Induction Motor Performance and Losses on
NonsinusoidalVoltage Source·IEEE. Trans. on PAS, NO. 3, pp625-
6341968
9 B. J. Chalmers·Induction-motor Losses Due to Nonsinusoidal Supply
Waveforms.PROC, IEE. vo.l 115,NO.12,PP1777-1782,1968
10 S.D. T. Robertson and K.M.Hebbar·Torque Pulsation in Induction
Motorswith InverterDrivers, IEEE Trans. Ind.Gen.App,l vo,l IGA-
7,PP318-323,1971
11 BroeckHW VD, SkudelnyH-C·Analysis andRealization ofaPulse
WidthModulatorBase onVoltage SpaceVectors. IEEE Transaction on
IndustryApplications,1998, 24(1)
12HOLTZ J·Pulse Width Modulation for Electronic Power Conver-
sion·Proceedings of the IEEE PowerElectronics andMotion Contro,l
1994,8
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