淺談三相異步電動(dòng)機(jī)特性及變頻調(diào)速

康強(qiáng)

摘 要： 此次針對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)，借助電工理論，探索了電動(dòng)機(jī)等值電路，把轉(zhuǎn)子回路折算至定子側(cè)，構(gòu)成統(tǒng)一回路，在等值電路基礎(chǔ)上分析了多種方程式，這些方程式對(duì)電動(dòng)機(jī)能源傳輸過程有了進(jìn)一步的體現(xiàn)。多種電動(dòng)機(jī)控制方式不同，對(duì)于鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，文章分析了變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，探討了變頻器運(yùn)用過程中應(yīng)注意問題和變頻調(diào)速的良好特性。

關(guān)鍵詞： 三相異步電動(dòng)機(jī)；特性；變頻調(diào)速

依據(jù)電源性質(zhì)可將電動(dòng)機(jī)劃分成直流與交流電動(dòng)機(jī)。前者依據(jù)供磁方法分成勵(lì)磁與水磁電動(dòng)機(jī)，勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)具備三種勵(lì)磁法，而水磁電動(dòng)機(jī)通常為功率較小的一種電動(dòng)機(jī)。后者可劃分成異步與同步電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)依據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可以劃分成鼠籠型與繞線型電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)定子通常是以三個(gè)在空間相互鎘120°電角度及對(duì)稱排列的結(jié)構(gòu)一樣的繞組連接的，繞組的每一個(gè)線圈根據(jù)某種規(guī)律分別嵌入定子的各個(gè)槽中。同步電動(dòng)機(jī)分成三種，包括勵(lì)磁與永磁、無換向器與磁阻同步電動(dòng)機(jī)。交流異步電動(dòng)機(jī)是平時(shí)經(jīng)常談?wù)摰降母袘?yīng)電動(dòng)機(jī)，可以劃分成鼠籠與繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，依據(jù)定子電源相數(shù)還可劃分成單相與三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

一、三相交流異步電動(dòng)機(jī)方程式的分析

對(duì)于三相交流異步電動(dòng)機(jī)方程式展開分析，第一步需要分析電動(dòng)機(jī)等值電路。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過電磁感應(yīng)法把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，通過輸出轉(zhuǎn)子拉動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。

U1、E1與E ' 2、I 1與I ' 2、R1與R ' 2、X1與X ' 2、I m與 R m、 X m與 S 分別是定子繞組相電壓與相電動(dòng)勢、轉(zhuǎn)子折算至定子側(cè)的相電動(dòng)勢與定子繞組相電流、轉(zhuǎn)子折算至定子側(cè)的相電流與定子繞組相電阻等。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等值電路將工作電路基本原理進(jìn)行簡化以后，把電磁轉(zhuǎn)換抽象過程展開了優(yōu)化，構(gòu)成了整體且直觀性的電工電路。借助電工理論分析等值電路，電源輸入三相總功率是P1=3U1I1cosφ1①，cosφ1代表的是電源功率因數(shù)，定子三相銅耗就是：Pcu1=3I12R1②，而消耗在電動(dòng)機(jī)鐵芯內(nèi)的三相鐵耗就是：PFe=3Im2R m③。

由于有功功率僅僅耗損于電阻中國，電路僅有定子回路、勵(lì)磁與轉(zhuǎn)子回路這幾個(gè)電阻，電源輸入有功功率去掉定子銅耗與鐵芯內(nèi)鐵耗就可以指導(dǎo)折算以后的轉(zhuǎn)子回路電阻中的總功率，也就是電磁功率為：

④。其中表示轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)，而轉(zhuǎn)子折算至定子側(cè)轉(zhuǎn)子三相銅耗為： ⑤；而電磁功率-定子側(cè)轉(zhuǎn)子三相銅耗=總機(jī)械功率為： ⑥；進(jìn)而通過以上公式就

可以經(jīng)過變形變換成： ⑦。

轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度就是： ⑧；而等效轉(zhuǎn)子電角速度在這個(gè)地方就可以界定成：V=2πf（1-S）⑨。P表示電動(dòng)機(jī)對(duì)數(shù)，而f為電源頻率。電動(dòng)機(jī)軸輸出功率就是：P2=PMec-Pmec-Pad⑩；綜上整合以后得到：P2=P1-Pcu1-PFe-Pcu2-P mec-Pad ；經(jīng)過以上公式可了解到電動(dòng)機(jī)輸出功率和別的多種損耗關(guān)系。電

磁轉(zhuǎn)矩就是： 。依據(jù)等值電路可以了解到定子繞組電流相量是：I1=Im+（-I'2） ；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流為：f 2=S.f。

經(jīng)過分析，電動(dòng)機(jī)多數(shù)計(jì)算具來源于以上方程式，其為深入分析和電動(dòng)機(jī)控制選型打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)，如使用該方程式對(duì)電動(dòng)機(jī)特性曲線展開分析。

二、探索三相交流異步電動(dòng)機(jī)特性

通常來說，三相交流異步電動(dòng)機(jī)特性實(shí)際上就是說多種參數(shù)和輸出功率之間的關(guān)系，尤其關(guān)鍵的就是電源側(cè)功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率、效率以及電磁轉(zhuǎn)矩等。

而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)差率表達(dá)式為：S=■，當(dāng)電動(dòng)機(jī)開啟以后，空載過程中，轉(zhuǎn)子未能輸出，這個(gè)時(shí)候可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子不具備電流，也就是PCu2是0，轉(zhuǎn)差率也是0，轉(zhuǎn)子速度與同步轉(zhuǎn)速相等。倘若存在負(fù)載，且負(fù)載增大，輸出功率增大，轉(zhuǎn)子電流增大，這個(gè)時(shí)候轉(zhuǎn)差率也會(huì)隨之而增大，就會(huì)造成轉(zhuǎn)子速度和空載比較，轉(zhuǎn)速下降。

定子電流做了分析，其表達(dá)式就是相量的表達(dá)式，空載過程中，轉(zhuǎn)子電流是0，伴隨著負(fù)載增大，轉(zhuǎn)子電流增大就會(huì)造成定子電流增大。

倘若負(fù)載增大，轉(zhuǎn)子電流有功分量增大，定子電流有功分量就會(huì)伴隨其而增大，如此就會(huì)導(dǎo)致定子功率因數(shù)增大。倘若近似額定負(fù)載，定子側(cè)功率因數(shù)變成最大的，假使負(fù)載持續(xù)增大，轉(zhuǎn)子電流里面的無功分量就會(huì)增大，反而會(huì)造成定子側(cè)功率因數(shù)下降。

電磁轉(zhuǎn)矩是空載轉(zhuǎn)矩以及輸出轉(zhuǎn)矩之和，伴隨著負(fù)載增大，輸出轉(zhuǎn)矩增大，空載轉(zhuǎn)矩基本不改變，則電磁轉(zhuǎn)矩伴隨著負(fù)載增大而增大。

在空載至滿載時(shí)，電動(dòng)機(jī)鐵損與機(jī)械損耗變化小，界定成不變損耗，定子銅耗和轉(zhuǎn)子銅耗與附加損耗是伴隨著負(fù)載改變而差生變化的，界定成可變損耗，經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算，借助導(dǎo)數(shù)求取最值方式，獲取到不變損耗等于可變損耗時(shí)，效率最大。如若接著增加負(fù)載，效率就會(huì)變小，且效率曲線則近似成凸曲線。

三、三相交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

現(xiàn)階段，中國對(duì)于鼠籠異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)用頻率最多的就是變頻調(diào)速。經(jīng)過轉(zhuǎn)變電動(dòng)機(jī)定子繞組工作頻率從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這就是所謂的變頻調(diào)速。如若將三相交流電連接于定子繞組，定子和轉(zhuǎn)子間空氣間隙內(nèi)會(huì)形成旋轉(zhuǎn)的磁場，這一磁場和轉(zhuǎn)子繞組間會(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，讓內(nèi)部磁場生成感應(yīng)電動(dòng)勢及電流，這一電流和旋轉(zhuǎn)磁場互相作用，形成的電磁轉(zhuǎn)矩能夠使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。變頻調(diào)速系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備是供應(yīng)變頻電源的變頻器。變頻器可以劃分為交-直-交流變頻器與交-交流變頻器，現(xiàn)階段使用較廣的是交流-直流-交流變頻器，這種方式比較適合使用在精度高且調(diào)速性能良好的場合中。

要開展變頻調(diào)速的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)必須要有專業(yè)的變頻電機(jī)，且該電機(jī)是能夠按照工作需求，經(jīng)過改變電機(jī)頻率實(shí)現(xiàn)所需轉(zhuǎn)速的目的，增大強(qiáng)冷風(fēng)扇，借此確保電機(jī)在低轉(zhuǎn)速中的冷卻，變頻電機(jī)根據(jù)電磁與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上而言和一般的電機(jī)有差別，其可以充分適應(yīng)電源頻率變化，專門設(shè)置的變頻電機(jī)，該作用就是可解釋成電抗器加一般電機(jī)。

變頻器輸入端應(yīng)連接斷路器，倘若接于接觸器，只能將其作為電開關(guān)，不可將其作為停電機(jī)的控制使用，控制電機(jī)開關(guān)，使用對(duì)變頻器的控制，嚴(yán)禁使用切斷和接通變頻器的輸入電源控制法，變頻器輸入端每一次上電聚會(huì)損壞器件。倘若電源側(cè)設(shè)置了接觸器，運(yùn)用其的目的在于電源出現(xiàn)斷電問題，自行把變頻器和電源脫開，防止在外部端子控制下重新供電過程中變頻器自動(dòng)工作，以此來確保設(shè)備安全和人的生命安全。

假使在一拖一的條件下是不需要設(shè)置輸出接觸器的，同時(shí)設(shè)置了也不會(huì)得到任何好處，在變頻器與電機(jī)為一拖二時(shí)，一用一備條件下是應(yīng)當(dāng)設(shè)置接觸器轉(zhuǎn)變工作電機(jī)的，進(jìn)行控制過程中，應(yīng)當(dāng)先使輸出接觸器動(dòng)作吸合，運(yùn)用接觸器的常開觸點(diǎn)是變頻器運(yùn)行條件。輸出端設(shè)置接觸器，輸出端接觸器在斷開的過程中給會(huì)有過電壓作用于功率組件只能夠，變頻器雖存在吸收回路避免過電壓，導(dǎo)致故障并非必然的，可以防止。因而不設(shè)置是最好的，如若要設(shè)置，也需要在暫停變頻器輸出以后才可以斷開，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)做連鎖避免變頻器輸出使接通。

結(jié)束語：

電動(dòng)機(jī)類型很多，多種類型的電動(dòng)機(jī)特性也存在著很大的差別，對(duì)于實(shí)際采用的電機(jī)，應(yīng)當(dāng)分析其工作特性，充分了解其本質(zhì)，才可以充分運(yùn)用先進(jìn)的控制方式。鼠籠型三相交流異步電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)過程中運(yùn)用甚廣，分析其特性是很有必要的。對(duì)于該種類型的電動(dòng)機(jī)，目前國內(nèi)外使用的調(diào)速方式為變頻調(diào)速法，這種方式從開啟到調(diào)速到停車均設(shè)計(jì)完整，是使用非常廣的一種調(diào)速方式。

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