摘要:詳細(xì)分析了PWM電壓型變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，在不同的啟動(dòng)頻率下啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流的變化規(guī)律，以及由于高次諧波引起的趨膚效應(yīng)使定、轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻阻位顯著增加對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)特性的影響，尋找到既滿足電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求.又滿足變頻器襯流要求的最佳啟動(dòng)頻率范圍.共有一定的工程參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞：PWM 變頻調(diào)速;啟動(dòng)特性; [align=center][b] regulating speed motor YANG Yu-ting[/b] （Shengyang Aluminium and Magnesium Engineering and Research Institute， Liaonin g ,1 10001，China）[/align] Abstract:The PWM voltagec onversionr egulatings peedm otorw asa nalyzedi nt hep aper.I ncludingt hev ariationalru lefo rs tart一upt orsiona nds tart一up current of motor under different start一up frequencies，and the influence to start一up characters of motors because of remarkable increase of the rotor conductor resistance caused by higher harmonic. This paper was very useful in finding the best start一up frequency range which fulfils the demands of motor start一up torque and bearable current of transducer. KeyWords：PWM conversionr egulatings peed，start一upc haracte,start一upf requency 電壓型變頻調(diào)速器在實(shí)際應(yīng)用中具有軟啟動(dòng)、調(diào)速平穩(wěn)、節(jié)能效果好等優(yōu)點(diǎn)，但由于電動(dòng)機(jī)繞組間寄生電容的作用，就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)功率開關(guān)瞬間過流，使變頻器保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)失敗的情況發(fā)生，因此，合理地選擇電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率就顯得非常重要。因?yàn)橹挥羞@樣才能既保證啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的要求，又使啟動(dòng)電流不超過變頻器1.5倍的耐受電流（1），從根本上消除了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)失敗的現(xiàn)象發(fā)生。這對(duì)變頻器與電動(dòng)機(jī)優(yōu)化組合，改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性，降低成本，提高生產(chǎn)率非常重要。 1 變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)特性 1.1 變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流和啟動(dòng)頻率之間的關(guān)系對(duì)于功能型變頻調(diào)速器，其輸出變頻電壓的壓頻關(guān)系一般均呈線性或分段線性，電壓與頻率關(guān)系如圖1所示。 線段1代表恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性，即E1/f1=C ;線段2代表基本壓頻比為常數(shù)曲線特性，即U1/f1二C;線段3實(shí)用于風(fēng)機(jī)和水泵類負(fù)載特性。圖中，U。指電網(wǎng)額定電壓，單位為V; U a指接近零頻時(shí)轉(zhuǎn)矩提升電壓，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)矩負(fù)載，U。取值不同，單位為V;f, 指變頻器輸出基波電壓頻率，單位為HZ。本文僅以線段2負(fù)載特性為例。 假定 PWM變頻器供給電動(dòng)機(jī)的電壓為接近標(biāo)準(zhǔn)正弦的變頻電壓，并忽略高次諧波電壓影響，基于異步電動(dòng)機(jī)T型等效電路，電動(dòng)機(jī)基波電壓U1和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst： 以上各式中，R1為定子電阻;R"2為折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻;R為R1與R"2之和;L1為定子漏感;L‘2為折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子漏感;X1為定子漏抗;X‘2為折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子漏抗;X為Xi與X‘2之和;Ml為電動(dòng)機(jī)輸入電壓相數(shù): P為電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。 由式（4），經(jīng)過相對(duì)于fl求導(dǎo)計(jì)算可知，不管U0取何值，其求導(dǎo)結(jié)果大于零，說明在零頻至工頻范圍內(nèi)，啟動(dòng)電流I.均為啟動(dòng)頻率fl的增函數(shù)，即啟動(dòng)頻率越低，啟動(dòng)電流越小;啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)電流越大。 1.2 變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)頻率之間的關(guān)系 對(duì)于基本壓頻比為常數(shù)負(fù)載曲線特性，即Ui/fl二C，轉(zhuǎn)矩提升電壓U0 = OV。將U0 = OV代入式（3）和式（4），并令k1= Ue/50，此時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T"o和啟動(dòng)電流1510只是啟動(dòng)頻率fl的函數(shù)。分別見式（5）和式（6）: 由式（7）可知，在較高頻率階段，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ts與啟動(dòng)頻率fl成反比。在中頻階段，當(dāng)R與X相等時(shí)，由式（5），經(jīng)過相對(duì)于fl求導(dǎo)計(jì)算可知，其求導(dǎo)結(jié)果等于零，此時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)頻率為flmax。在較低頻率啟動(dòng)時(shí)，由式（5）對(duì)應(yīng)于fl求導(dǎo)結(jié)果大于零，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨啟動(dòng)頻率增加而增加。 由此可見 ，在零頻至工頻范圍內(nèi)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩存在有最大值。在啟動(dòng)頻率等于fl.時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩;在啟動(dòng)頻率小于flm ax時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為啟動(dòng)頻率的增函數(shù);在啟動(dòng)頻率大于fl.時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為啟動(dòng)頻率的減函數(shù)。 2 趨膚效應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)特性的影響 在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，由變頻器輸出的PWM電壓產(chǎn)生的高次諧波會(huì)引起電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子趨膚效應(yīng)，使定子、轉(zhuǎn)子的交流電阻大大增加，對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性產(chǎn)生很大影響。根據(jù)式（2）和（3），當(dāng)定子電阻R1增加，會(huì)使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，根據(jù)式（4），當(dāng)定子電阻Rr和轉(zhuǎn)子電阻R‘:增加，會(huì)使啟動(dòng)電流減小，最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)的啟動(dòng)頻率f1max會(huì)后移。根據(jù)式（2），對(duì)于某一特定的啟動(dòng)頻率，只有當(dāng)（R‘2）2> R2 f（X fl/ 50 ）2時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩才小于無趨膚效應(yīng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。雖然轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)比定子導(dǎo)體的強(qiáng)烈，但這一條件并不容易達(dá)到，因此一般而言，趨膚效應(yīng)不會(huì)減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 3 最佳啟動(dòng)頻率范圍確定 3.1 結(jié)果分析 本文以鼠籠電動(dòng)機(jī)J0241一4的啟動(dòng)特性為例，已知工頻下的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和定、轉(zhuǎn)子參數(shù)，根據(jù)式（5），繪制出啟動(dòng)頻率f;從0-50 Hz變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS。與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLD的比值曲線，如圖2中曲線1所示;再根據(jù)式（6），繪制出啟動(dòng)頻率fl從0 - 50Hz變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流1.與額定電流I。的比值曲線，如圖2中曲線2所示。 由圖2可以看出，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流相對(duì)于啟動(dòng)頻率的變化規(guī)律與理論分析結(jié)果相同。在工頻范圍內(nèi)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩確實(shí)存在最大值，如圖2中曲線1所示，最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)頻率fl.約為23Hz，當(dāng)啟動(dòng)頻率小于flm ax時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨著啟動(dòng)頻率的增加而增大，當(dāng)啟動(dòng)頻率大于f1m ax 時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨著啟動(dòng)頻率的增加而減小。對(duì)于啟動(dòng)電流在工頻范圍內(nèi)，啟動(dòng)電流均為啟動(dòng)頻率增函數(shù)，如圖2中曲線2所示。 由于在最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)前，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為啟動(dòng)頻率的增函數(shù)，而啟動(dòng)電流也為啟動(dòng)頻率增函數(shù)，因此可在圖中分別劃出滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的啟動(dòng)頻率范圍和變頻器功率開關(guān)對(duì)啟動(dòng)電流要求的啟動(dòng)頻率范圍，二者的公共部分即為變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)最佳啟動(dòng)頻率范圍。 3.2 最佳啟動(dòng)頻率確定 根據(jù)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流相對(duì)于啟動(dòng)頻率的變化規(guī)律，最佳啟動(dòng)頻率范圍應(yīng)為同時(shí)滿足電動(dòng)機(jī)對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求和變頻器對(duì)啟動(dòng)電流要求的啟動(dòng)頻率范圍。其確定方法為:首先劃出啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Ts,與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLD比值大于1.2倍的啟動(dòng)頻率范圍;再在同一圖中劃出啟動(dòng)電流Isc與額定電流I。比值小于1.5倍的啟動(dòng)頻率范圍;最后劃出以上兩部分頻率范圍的公共部分，即是所求。 以圖2為例，當(dāng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于120%負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的啟動(dòng)頻率應(yīng)該大于10 Hz，當(dāng)啟動(dòng)電流小于150%額定電流時(shí)的啟動(dòng)頻率應(yīng)該小于16Hz，則10一16Hz應(yīng)為該變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)最佳啟動(dòng)頻率范圍。 4 結(jié)語 對(duì)于變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)，依據(jù)其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流相對(duì)于啟動(dòng)頻率的變化規(guī)律，在同一圖中繪制電動(dòng)機(jī)在不同的啟動(dòng)頻率下，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)電流和額定電流的比值曲線，再根據(jù)啟動(dòng)過程對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和變頻器功率開關(guān)對(duì)啟動(dòng)電流的要求，即可確定最佳啟動(dòng)頻率范圍。此外高次諧波引起的趨膚效應(yīng)使電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子電阻阻值大大增加，使啟動(dòng)電流減小，但不足以減少啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 因此，變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)不必從零頻開始，應(yīng)在最佳啟動(dòng)頻率范圍內(nèi)啟動(dòng)，這樣可以減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)加速時(shí)間，改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性，降低成本，提高生產(chǎn)率。 參考文獻(xiàn): （1〕王健，等.功率濾波器對(duì)變頻器一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)力能指標(biāo)的影響（J） .基礎(chǔ)自動(dòng)化，1998,5:29-32. （2〕陳伯時(shí).電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社（第二版），1992 .