变频电动机变频调速系统分析

富婷，邓昆

(1佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯154002；2汤原县农村电气化局，黑龙江汤原154700)



变频电动机变频调速系统分析

富婷1，邓昆2

(1佳木斯防爆电机研究所，黑龙江佳木斯154002；2汤原县农村电气化局，黑龙江汤原154700)

通过对变频电机变频调速系统的分析，阐述了电力拖动中变频调速系统电动机的机械特性和负载机械特性的原理和特点。同时提供了典型负载的功率计算方法，满足了变频调速电机运行时的电气性能，为设计和制造提供了准确的参考依据。

机械特性；功率；负载机械特性

0　引言

变频调速系统指在电力拖动中，做为动力的电动机，是采用变频器做电源供给变频调速电动机(以下简称变频电机)进行调速的。变频电机的机械特性和负载机械特性需相互适应，否则达不到正确拖动机械的目的。所以了解变频电机的机械特性种类的特点，负载机械特性种类的特点至关重要。对典型负载的功率计算如风机、水泵、起重机械，加深了解变频调速系统也是十分有益的。

1　变频电动机机械特性和性质

机械特性是指转矩随着转速变化画出的曲线。工频供电动机自然机械特性(非人为的)只有一条(见图1)。

1.1工频电动机额定频率为50Hz。

1.2变频电动机额定频率根据负载特点不同，未提的可以理解为任意的，而且每一个频率点对应一条像图1形状的曲线，所以变频电动机机械特性是一个曲线族。通常为表示变频电动机机械特性曲线，不但给出曲线族而且给出曲线族中每条曲线最大转矩点的连线，如图2所示。

根据图中可知，(1)变频电动机从低频A点起动逐渐增加频率(n也增加)到B点额定点，特点是转矩为恒定的，功率、电压及频率是变化的，规律是保持电压V与频率f的比值为常数，即V/f=常数。

(2)由B点频率增加(n也增加)到C点，特点为电压、功率恒定、转矩，随转速的增加而下降。

2　负载机械特性

电力拖动系统的稳定工作情况取决于电机和负载机械特性，下面了解一下负载机械特性。

2.1恒转矩负载

(1)转矩特点在不同转速下，负载的阻转矩基本恒定即

ML=const

(1)

即负载阻转矩ML的大小与转速nL高低无关。

(2)功率特点，负载功率PL和转矩ML，转速nL之间关系

(2)

即负载功率PL与转速nL成正比。实例如带式输送机、起重机械适用图2中的恒转矩段。

2.2恒功率负载

(1)功率特点在不同转速下，负责功率PL基本恒定

PL=const

(3)

即负载功率大小与转速高低无关

(2)转矩特点

(4)

负载转矩与转速成反比；实例如各种绻取机械，适用图2恒功率段。

2.3二次方负载

(1)转矩特点，负载转矩ML与转速nL的二次方成正比

ML=KMnL2

(5)

(2)功率特点，负载功率P与转速n的三次方成正比

(6)

式中，KM、KP—为转矩和功率常数。

离心风机和水泵均属这类负载，适用图2中的恒转矩段。

2.4其他类型负载

(1)直线型负载

①转矩特点，负载阻转矩ML与转速nL成正比

MT=KM′nL

(7)

②功率特点，负载的功率ML与转速nL的二次方成正比

(8)

式中，KM′、KP′—转矩常数和功率常数。轧钢机的辗压机，基本与二次方负载类似。

(2)混合特性负载

大部分金属切削机床属于此类负载。在低速切削时，具有恒转矩性质；在调速切削时，属于恒功率性质。图2曲线满足了恒转矩、恒功率要求。

3　拖动泵与变频电机的功率计算

涉及泵和风机性能时，常遇到有效功率、轴功率、原动机功率。有效功率指单位时间内通过泵或风机的流体实际得到的功率。轴功率指原协机传给泵或风机轴上的功率。原动机功率P在本文指变频电动机的功率。下面给出原动机(变频电动机)输出功率计算。

3.1泵的输出功率

(9)

式中，ρ—密度,kg/m3；g—重力加速度，9.81m/s2；Q—体积流量，m3/s；H—扬程，m3/s；η—泵的效率；ηC—传动效率。

3.2风机的输出功率

(10)

式中，p—全压，Pa；η—风机效率；ηC—传动效率。

3.3传动方式效率计算

传动方式不同，传动效率ηC

也不同，见表1。

表1　传动方式与传动效率

4　起重机械电机功率计算

起升电动机功率P1，按式(11)计算

(11)

式中，Q—起升载荷(包括吊具自重，起升高度起过50m钢丝绳自重)(单位：t)；V—起升速度(m/min)；η—机械效率(滑轮组总效率×传动部效率)。滑轮组总效率见表2。

表2　滑轮组总效率

表2中，n为齿轮副数，传动部分效率：滑动轴承0.94n，滚动轴承0.98n。

5　结语

了解变频电机的机械特性和负载机械特性是非常重要的，也是本文的核心内容，要掌握两者之间的关系，对变频调速系统有益。表1、表2的效率是供参考，按具体设备的效率为准。这对从事电机及相关行业的技术人员提供了有效的参考，典型负载电动机功率计算是提供给从事电动机行业有关人员参考，有利于为用户更好服务。

[1]郭立君.风机与水泵，第二版.北京：中国电力出版社，2014.

[2]坡本种芳，长谷川政弘著.池成渊译.桥式起重机设计计算 [日].北京：中国铁道出版社，1987.

[3]张燕宾.SPWM变频调速应用技术，第3版.北京：机械工业出版社，1997.

Analysis on Variable-Frequency Adjustable-Speed System of Variable-Frequency Motor

Fu Ting and Deng Kun

(1.JiamusiExplosion-proofElectricMachineInstitute,Jiamusi154002,China；2.TangyuanRuralElectrificationBureau,Tangyuan154700,China)

Principles and features for mechanical properties of motor and load of variable-frequency adjustable-speed system in electric driving are stated by analyzing variable-frequency adjustable-speed system. Power calculation method of the typical load is provided at the same time, and electrical performance of the variable-frequency adjustable-speed motor during running is met. It has provided accurate technical reference for design and manufacturer.

Mechanical properties；power；mechanical property of load

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.04.10

TM344.6；TM301.2

A

1008-7281(2016)04-0031-003

富婷女1976年生；毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业，现从事电气工程技术工作.

2015-05-25