变频电源供电变频调速电动机

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(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154005)

0 引言

电力拖动系统的变频调速广泛应用于各个领域。变频电源给电动机供电与工频电源给电动机供电相比有很多不同之处。起动过程、起动方法不同，稳定运行后加减速度的方法也不同，制动与停止的方法也不同。更主要的是变频电源供电的电动机绝缘结构不同，需要加强耐绝缘介电应力来承受不利因素的PDIV(局部放电起始电压)或空气中CIV(电晕起始电压)的影响，在电动机设计上都应充分考虑这点并采取措施。

1 机械特性曲线及电流-转速曲线

工频电源一般按我国电力标准额定频率为50Hz(国外有60Hz的)。从机械特性(转矩-转速)曲线和电流-转速曲线看，变频电源的额定频率(基频)理论上是任意的，根据负载类型和基本转速来确定。电动机恒转矩区和恒功率区分界点的频率为额定频率。电动机在运行过程中同步转速根据需要是在变化的，同步转速n1、频率f、极对数p之间关系见式(1)。

(1)

(2)

式中，n2—转子转速。

n2=(1-s)n1

(3)

(4)

(5)

式中，ux、fx—任意电压和频率；uh、fh—额定电压和额定频率(基频)。

电动机恒转矩区kv=kf≤1，kv=kf=常数

电动机恒功率区kv为常数，kf≥1

工频电源机械特性曲线及电流-转速曲线见图1。曲线1为机械特性曲线，曲线2为电流曲线。

B.起动电流点；C.起动转矩点；D.最大转矩点 E.额定转矩点；F.同步转速

每个频率都对应一个机械特性曲线和与之对应的电流曲线，曲线形状与图1相似，这样形成曲线族。将若干个频率对应的机械特性曲线上的最大转矩点连成线或如图2所示的形状。

图2 变频电源电动机机械特性曲线

2 起动方法

2.1 工频电源电动机的起动方法

(1)直接起动；

(2)降压起动：自藕调压器起动、Y-Δ变换起动、软启动。

2.2 变频电源电动机的起动方法

(1)低频起动，最低起动频率选基频时的转差频率为好，通常电动机转差频率为2～3Hz。如果起动转矩不足，可以提高至5Hz,还可以采取低频时电压补偿来提高起动转矩，同时应注意变频器的过载能力(指电流)；

(2)加速过程频率的设定从低频至基频之间可设若干个频率点，连续从低频对应的机械特性曲线切换到较高频率机械曲线上直至基频，起动点选的越密起动电流越小，加速时间越长；起动点选的越疏，起动电流越大，加速时间短；

(4)起动的设置原则是有足够的起动转矩，尽量小的起动电流不超过变频器的充许值。起动时间设置应考虑负载转动惯量大小，惯量大的负载加速时间设置不能过短，否则电流可能超过变频器允许值。

3 运行中的调速

3.1 工频电源的调速均属有级调速

(1)借助机械设备调速；

(2)多速电机来改变速度；

(3)改变定子电压调速如图3所示。

图3 电压与转速曲线

3.2 变频电源的调速属无级调速

(1)主要改变频率调速；

(2)在调频的同时，可以借助3.1中(1)和(2)款；

(3)矢量控制时，可以通过改变转矩调速。

4 制动与停止

4.1 工频电源

4.1.1 制动

(1)再生制动(发电制动);

(2)能耗制动;

(3)反接制动；

(4)机械设备制动。

4.1.2 停止采用断电和机械制动器使电机停止运转。

4.2 变频电源

4.2.1 制动

矢量控制时“零制动”(即0Hz)具备制动功能使电动机停止转动后，再使用机械抱闸。

4.2.2 停止

电动机的停机方式，在变频调速系统中可选择以下停机方式。

(1)减速停机，按预设的减速时间和方式停机；

(2)自由停机，变频器逆变桥封锁，停止输出，切断电源靠系统惯性停机；

(3)在低频暂短运行后停机，然后频率降到0Hz。

5 变频电源供电对电动机的影响

5.1 供电波形不是像工频电源的正弦波谐波含量大，除由基波电压和电流产生的损耗外，还会产生附加损耗。这取决于变频器的类型、参数及电动机和滤波电路的设计。如果不采取措施将占电动机额定输出的1%～2%，主要体现在额定电流增加，在冷却效果相同情况下电机温升有所提高。

5.2 轴电流

轴承两端建立的电压超出润滑脂的绝缘能力时，轴承就会流过电流，将电蚀轴承造成损坏。轴电源包括循环电流、转轴接地电流、电容性放电流、电机端子处高频共模电压产生的共模电流。

5.3 浪涌电压，高脉冲电压

电压源变频器产生不同宽度和频率的固定振幅电压矩形脉冲。电动机端子处电压突增与变频器输出脉冲电压上升时间、电流长度及电动机阻抗有关，在变频器输出端和电动机端子处产生浪涌电压，当变频器没有吸收装置时，会产生高脉冲电压。

5.4 峰值电压、电压变化(du/dt)

若变频器中没有最小脉冲时间控制，且两脉冲之间与连接电缆的时间常数相匹配，电机端子处会出现大于两倍的过电压。

5.5 电动机绝缘介电应力

变频电源供电时，其绝缘结构所承受的介电应力高于工频电源供电承受的介电应力。除承受上述应力能力外，还应承受PDIV(局部放电起始电压)或空气中CIV(电晕起始电压)的应力。影响电动机PDIV和CIV因素有以下几点。

(1)绕组型，散绕组或成型绕组；

(2)散绕组，电磁线绝缘结构，大直径导线具有高的PDIV;

(3)相间及对地绝缘选择；

(4)浸渍种类和浸渍工艺；

(5)运行温度，导线温度高PDIV低。

6 结语

在实际运行中有的风机是不能停止的，一旦变频电源产生故障必须立刻切换到工频电源，这就形成了工频电源与变频电源互相切换。但是当风机额定频率运行时，最好切换到工频电源，这样有利于节能。

采用变频器做电源，变频调速拖动系统与工频电源的拖动系统有相同之处，更有不同之处。只有对整个拖动系统起动、运行、调速、制动和停止有了全面的了解，拖动系统才能更完善地工作。

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