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(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154005)

0 引言

電力拖動系統(tǒng)的變頻調(diào)速廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。變頻電源給電動機供電與工頻電源給電動機供電相比有很多不同之處。起動過程、起動方法不同，穩(wěn)定運行后加減速度的方法也不同，制動與停止的方法也不同。更主要的是變頻電源供電的電動機絕緣結(jié)構(gòu)不同，需要加強耐絕緣介電應(yīng)力來承受不利因素的PDIV(局部放電起始電壓)或空氣中CIV(電暈起始電壓)的影響，在電動機設(shè)計上都應(yīng)充分考慮這點并采取措施。

1 機械特性曲線及電流-轉(zhuǎn)速曲線

工頻電源一般按我國電力標準額定頻率為50Hz(國外有60Hz的)。從機械特性(轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速)曲線和電流-轉(zhuǎn)速曲線看，變頻電源的額定頻率(基頻)理論上是任意的，根據(jù)負載類型和基本轉(zhuǎn)速來確定。電動機恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)分界點的頻率為額定頻率。電動機在運行過程中同步轉(zhuǎn)速根據(jù)需要是在變化的，同步轉(zhuǎn)速n1、頻率f、極對數(shù)p之間關(guān)系見式(1)。

(1)

(2)

式中，n2—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

n2=(1-s)n1

(3)

(4)

(5)

式中，ux、fx—任意電壓和頻率；uh、fh—額定電壓和額定頻率(基頻)。

電動機恒轉(zhuǎn)矩區(qū)kv=kf≤1，kv=kf=常數(shù)

電動機恒功率區(qū)kv為常數(shù)，kf≥1

工頻電源機械特性曲線及電流-轉(zhuǎn)速曲線見圖1。曲線1為機械特性曲線，曲線2為電流曲線。

B.起動電流點；C.起動轉(zhuǎn)矩點；D.最大轉(zhuǎn)矩點 E.額定轉(zhuǎn)矩點；F.同步轉(zhuǎn)速

每個頻率都對應(yīng)一個機械特性曲線和與之對應(yīng)的電流曲線，曲線形狀與圖1相似，這樣形成曲線族。將若干個頻率對應(yīng)的機械特性曲線上的最大轉(zhuǎn)矩點連成線或如圖2所示的形狀。

圖2 變頻電源電動機機械特性曲線

2 起動方法

2.1 工頻電源電動機的起動方法

(1)直接起動；

(2)降壓起動：自藕調(diào)壓器起動、Y-Δ變換起動、軟啟動。

2.2 變頻電源電動機的起動方法

(1)低頻起動，最低起動頻率選基頻時的轉(zhuǎn)差頻率為好，通常電動機轉(zhuǎn)差頻率為2～3Hz。如果起動轉(zhuǎn)矩不足，可以提高至5Hz,還可以采取低頻時電壓補償來提高起動轉(zhuǎn)矩，同時應(yīng)注意變頻器的過載能力(指電流)；

(2)加速過程頻率的設(shè)定從低頻至基頻之間可設(shè)若干個頻率點，連續(xù)從低頻對應(yīng)的機械特性曲線切換到較高頻率機械曲線上直至基頻，起動點選的越密起動電流越小，加速時間越長；起動點選的越疏，起動電流越大，加速時間短；

(4)起動的設(shè)置原則是有足夠的起動轉(zhuǎn)矩，盡量小的起動電流不超過變頻器的充許值。起動時間設(shè)置應(yīng)考慮負載轉(zhuǎn)動慣量大小，慣量大的負載加速時間設(shè)置不能過短，否則電流可能超過變頻器允許值。

3 運行中的調(diào)速

3.1 工頻電源的調(diào)速均屬有級調(diào)速

(1)借助機械設(shè)備調(diào)速；

(2)多速電機來改變速度；

(3)改變定子電壓調(diào)速如圖3所示。

圖3 電壓與轉(zhuǎn)速曲線

3.2 變頻電源的調(diào)速屬無級調(diào)速

(1)主要改變頻率調(diào)速；

(2)在調(diào)頻的同時，可以借助3.1中(1)和(2)款；

(3)矢量控制時，可以通過改變轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

4 制動與停止

4.1 工頻電源

4.1.1 制動

(1)再生制動(發(fā)電制動);

(2)能耗制動;

(3)反接制動；

(4)機械設(shè)備制動。

4.1.2 停止采用斷電和機械制動器使電機停止運轉(zhuǎn)。

4.2 變頻電源

4.2.1 制動

矢量控制時“零制動”(即0Hz)具備制動功能使電動機停止轉(zhuǎn)動后，再使用機械抱閘。

4.2.2 停止

電動機的停機方式，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中可選擇以下停機方式。

(1)減速停機，按預(yù)設(shè)的減速時間和方式停機；

(2)自由停機，變頻器逆變橋封鎖，停止輸出，切斷電源靠系統(tǒng)慣性停機；

(3)在低頻暫短運行后停機，然后頻率降到0Hz。

5 變頻電源供電對電動機的影響

5.1 供電波形不是像工頻電源的正弦波諧波含量大，除由基波電壓和電流產(chǎn)生的損耗外，還會產(chǎn)生附加損耗。這取決于變頻器的類型、參數(shù)及電動機和濾波電路的設(shè)計。如果不采取措施將占電動機額定輸出的1%～2%，主要體現(xiàn)在額定電流增加，在冷卻效果相同情況下電機溫升有所提高。

5.2 軸電流

軸承兩端建立的電壓超出潤滑脂的絕緣能力時，軸承就會流過電流，將電蝕軸承造成損壞。軸電源包括循環(huán)電流、轉(zhuǎn)軸接地電流、電容性放電流、電機端子處高頻共模電壓產(chǎn)生的共模電流。

5.3 浪涌電壓，高脈沖電壓

電壓源變頻器產(chǎn)生不同寬度和頻率的固定振幅電壓矩形脈沖。電動機端子處電壓突增與變頻器輸出脈沖電壓上升時間、電流長度及電動機阻抗有關(guān)，在變頻器輸出端和電動機端子處產(chǎn)生浪涌電壓，當(dāng)變頻器沒有吸收裝置時，會產(chǎn)生高脈沖電壓。

5.4 峰值電壓、電壓變化(du/dt)

若變頻器中沒有最小脈沖時間控制，且兩脈沖之間與連接電纜的時間常數(shù)相匹配，電機端子處會出現(xiàn)大于兩倍的過電壓。

5.5 電動機絕緣介電應(yīng)力

變頻電源供電時，其絕緣結(jié)構(gòu)所承受的介電應(yīng)力高于工頻電源供電承受的介電應(yīng)力。除承受上述應(yīng)力能力外，還應(yīng)承受PDIV(局部放電起始電壓)或空氣中CIV(電暈起始電壓)的應(yīng)力。影響電動機PDIV和CIV因素有以下幾點。

(1)繞組型，散繞組或成型繞組；

(2)散繞組，電磁線絕緣結(jié)構(gòu)，大直徑導(dǎo)線具有高的PDIV;

(3)相間及對地絕緣選擇；

(4)浸漬種類和浸漬工藝；

(5)運行溫度，導(dǎo)線溫度高PDIV低。

6 結(jié)語

在實際運行中有的風(fēng)機是不能停止的，一旦變頻電源產(chǎn)生故障必須立刻切換到工頻電源，這就形成了工頻電源與變頻電源互相切換。但是當(dāng)風(fēng)機額定頻率運行時，最好切換到工頻電源，這樣有利于節(jié)能。

采用變頻器做電源，變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)與工頻電源的拖動系統(tǒng)有相同之處，更有不同之處。只有對整個拖動系統(tǒng)起動、運行、調(diào)速、制動和停止有了全面的了解，拖動系統(tǒng)才能更完善地工作。

[1] 張燕賓.SPWM變頻調(diào)整應(yīng)用技術(shù).機械工業(yè)出版社，2006.1.

[2] GB/T 21209—2007/IEC/TS 6034—25:2004 變頻器供電籠型感應(yīng)電動機設(shè)計和性能導(dǎo)則.

[3] 蘇寶龍,紀繁祥.論變頻電源對小型變頻變壓異步電動機損耗的影響.防爆電機，2012.1.

[4] 于淑華,王君實.變頻調(diào)速電動機繞組損壞原因分析.防爆電機，2013.2.

[5] 閆麗利,杜洪偉,王佳斐.變頻器供電異步電動機絕緣系統(tǒng)概述.防爆電機，2013.3.