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小孙学变频-变频器如何实现变频变压

变流技术 | 发布时间:2017-09-08 | 人气: | #评论# |本文关键字:变频器,变频变压,小孙学变频
摘要:小孙又到张老师家里,就迫不及待地拿出一张单子,打算开始提问了。 “慢,”张老师见状,做了个等一等的手势。然后说: “我先问你,变频器在变频的同时,为什么还要变压?”

小孙又到张老师家里,就迫不及待地拿出一张单子,打算开始提问了。

“慢,”张老师见状,做了个等一等的手势。然后说:

“我先问你,变频器在变频的同时,为什么还要变压?”

“要保持电动机里的磁通不变。”小孙因为已经预习过了,所以回答得很痛快。

“如果电压不随频率改变的话,磁通为什么就要变化了呢?”张老师又问。

变频还须变压

“这个么,”小孙有点抓耳挠腮了。他这几天翻了一些书,好象是要用公式推导的,三言两语说不大清楚。于是说:“好象知道一点,但不是很清楚,还是

请老师讲一讲吧。”

“我们先看一看异步电动机的能量关系吧。”张老师又拿出了一张图,如图1-31。

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接着说:“电动机输入的是三相电功率,计算公式是:

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式中的‘9550’是单位换算的系数。就是说,当转矩的单位用N²m,转速的单位用r/min时,则除以9550 后,算出的功率单位就是kW 了。


很明显,输出功率的大小是和频率有关系的,因为频率下降了,转速也跟着下降,如果负载转矩不变的话,输出功率也必下降。


电动机从输入电能,到输出机械能,中间是怎样转换的呢?原来,转子绕组因为切割了旋转磁场的磁力线而产生感应电流,所产生的电流又和磁场相互作用而产生电磁转矩,使转子旋转。显然,中间起能量的传递和转换作用的是磁场能,其功率称为电磁功率,用PM 表示。而电磁功率的具体体现就是磁通的大小。


现在来看看频率减小后的情形:当频率下降时,电动机的转速必跟着下降。如上述,电动机的输入功率并无直接影响,但输出功率却减小了。其结果,必然是电磁功率的增加。就好象一个人吃得挺多,却不大活动,消耗得少,于是肚子就大了起来,人们常戏称之为‘中部崛起’。但人的‘中部崛起’,主要是体型难看一点,还不至于马上就死。电动机的‘中部崛起’是内在的,“体型”并无变化,它不会发胖,然而,它却要冒烟了,活不成了。”


“磁通多了也会发热吗?我只知道电流大了要发热。”小孙问。

“你说得对,发热的主要因素是电流。虽然磁通多了,涡流损失和磁滞损失也会增加,但到不了冒烟的程度。问题在于,磁通的大小将影响到励磁电流。”张老师一边说,一边拿出了图1-32。

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“电动机磁路里的磁通和励磁电流之间的关系,服从磁化曲线的规律,如图(a)所示。其特点是:在起始阶段,磁通大小和励磁电流是呈线性关系变化的,如曲线①之OA段。但铁心里的磁通大到一定程度后,磁路要饱和。就是说,励磁电流再增加,磁通就增加得缓慢了,如曲线①之AB段。励磁电流如果继续增加,磁通几乎不再增加了,这叫做深度饱和,如曲线①之B点以后。


当线圈中通入交变电流时,磁通和电流的波形如图(b)和图(c)所示。图(b)是磁化曲线处于线性段的情形,其特点是:要得到曲线②所示的磁通,只需要很小的励磁电流,(如曲线③所示)就可以了。图(c)是磁路饱和后的情形,其特点是:磁通增加得不多,如曲线④所示,但所需的励磁电流却很大。并且,励磁电流的波形发生了畸变,产生了尖峰电流,如曲线⑤所示。”


“啊,我明白了。电磁功率‘中部崛起’的结果,是磁路饱和,励磁电流大幅增加,并且发生畸变,所以绕组要冒烟。归根结底,还是电流大了导致绕组发热的。”小孙对于自己这一段小结,颇有点得意的感觉。


张老师微笑着点了点头,接着问:“那怎样‘减肥’呢?”


小孙本来想回答:“减小电压呗”。却被老张那风趣的问话弄得不知所措了,只好耸了耸肩,意思是还是请老师讲吧。只听张老师说:“现代医学证明,减肥的有效方法是节制饮食。就是说,要少吃一点。那么,看看电动机的输入功率吧,输入功率的主要因素是电压和电流。电流是不能减小的,因为电流要用来产生电磁转矩的,电磁转矩小了,是带不动负载的。所以,‘少吃’一点的唯一方法,就是降低电压了。”


“真有意思。”小孙听得入神了。


“当然这是定性的、形象化的说法。”张老师接着拿出一张白纸来,看样子是要写字了。


“电动机里,直接反映磁通大小的,是定子绕组的反电动势E1,它的计算公式是:

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所以,改变频率的同时,也要改变电压。但要注意,式(1-6)只是一种近似的替代方法,并不能真正保持磁通不变。


变频器的变压手段

下面的问题是怎样实现变频的同时也变压?”张老师捧起了茶杯,眼睛瞧着小孙,仿佛说:你对这个问题了解到什么程度呢?

“这个问题我大概能够说清楚。”小孙大着胆子说。接着,从张老师的一堆图画里,找出了一张图1-33,仔细地看了一会儿,然后说。

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“把变频器的输出电压分成许多个小脉冲,并假设每半个周期中,小脉冲的个数是一定的。那么,当这些小脉冲之间的间隔很小时,总的周期较小,而脉冲的占空比则较大,半个周期中的平均电压也较大,如图(a)所示;


反之,当这些小脉冲之间的间隔较大时,总的周期就增大了,而脉冲的占空比则变小了,平均电压也降低了,如图(b)所示。占空比的定义么,是:

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责任编辑:电气自动化网

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