0 导言
斩波内馈调速是我国创始的一种新式沟通调速技能,经过近20 年的实践探究和理论研究,斩波内馈调速取得了长足的前进,产品在发电、供水、冶金等范畴获得了推广应用,技能经济功能都达到了较为抱负的目标。现实标明,斩波内馈调速具有调速功率高,制作成本低,功率因数高,谐波重量小等一系列长处,不仅为我国的风机泵类节能供给了一种经济、高效的调速技能和产品,也为国际的沟通调速填补了一项空白。
在从事沟通调速的多年研制中,作者发现变频调速与串级调速(包含双馈调速及内馈调速)具有极为类似的调速功能,例如调速功率、机械特性等都很共同,但按传统理论串级调速归于变转差率调速,被以为与变频调速有着本质的差异。明显,面临无须质疑的客观现实,传统电机学理论就值得讨论了。
从头审视电机学的有关部分,发现被视为经典的异步机转速公式竟然是一个人为的界说式,底子无法成为沟通调速的理论依据,天然,按该表达式区分的调速品种和办法也是不科学的。电机调速的本质终究是什么,电机调速的一致理论是什么,这是现在沟通调速亟待解决的理论问题。
为此本文从能量转化守恒、牛顿力学规则、电磁感应规则等最基本的物理规则动身,剖析和讨论电机调速的本质及一致规则,提出了电机调速的功率操控原理———P理论。P理论标明,包含异步机在内的一切电动机,调速的本质是功率操控,电机转速只能经过电磁功率或损耗功率的改动才干得到调理,一切的电机调速办法都是功率操控原理的详细施行。
1 异步机转速公式的质疑
公式是客观规则的数学表达形式,它只能发生于已有的规则、公式,而不能发生于人为的界说。
经典电机学的异步机转速公式是这样树立的。
首要界说转差率s,令
咱们留意到,式(4)与式(2)没有本质改动,虽然式(3)是公式,但它只是起到参数改换效果,并没有改动式(1)、(2)的界说式性质。因而,咱们以为式(4)只不过是人为的界说式,在没有经过科学论证之前,是不能称其为公式的。
2 电动机模型与功率操控原理
电动机是将电能转化成机械能的设备,因而能够遍及地表达为图1所示的四端网络。
负载转矩Mfz是由负载决议的客观存在,电磁转矩则跟随着负载转矩的改动而改动,负载转矩的每一次改动,都将引起电磁转矩的改动,这一动态改动进程及对转速的影响如下。
可见,电动机调速时,轴功率是主变操控量,电磁转矩是因变量,调速的本质在于功率操控。现在的问题是怎么用电气的办法操控轴功率PM。
式(16)是电动机调速遍及规则的表达式。由此可见,电动机调速的准则有两种:一是操控电磁功率,所改动的是抱负空载转速;二是增大损耗功率,以增大转速降。
3 异步机模型与调速的功控原理
异步机是电动机的一种,其调速原理必定遵守上述的遍及调速规则。依据能量转化原理,异步机能够等效成图3所示的网络模型,也称为功率圆图。
定子和转子是构成异步机的两个重要部件,也是异步机能量传输和转化的要害单元。异步机的定子与电源相联并吸收电功率P1,扣除损耗构成电磁功率Pem,定子经过旋转磁场的效果,将电磁功率传输给转子,因而旋转磁场能够等效为电磁功率的传输通道,即图3 中的感应通道,在磁场的效果下,转子电磁功率除损耗外转化为轴功率。这种电磁感应通道的特色是沟通机与直流机本质的差异。
衡量磁场的首要物理量是主磁通椎m ,为了使电磁感应通道疏通,不发生阻塞而形成损耗,依据电机学理论,应该使主磁通椎m坚持稳定。这是调速时有必要引起留意的。
异步机按转子型式分为鼠笼型和绕线型,前者转子是关闭短路的,因而只要一个轴功率输出端口;后者转子是敞开的,因而具有轴功率和电功率两个端口。转子的电功率端口能够经过与外电路联接进行功率交流,因为转子电压较低,因而能够完成高压电机低压操控的调速,这是绕线异步机独具的长处。
异步机调速能够经过定子口或转子口对电动机施行功率操控调速,别离操控电磁功率或损耗功率。
前者改动的是抱负空载转速,调速是高功率的,且机械特性为平行曲线;后者增大转速降,调速是低功率的,机械特性为汇交曲线。电机调速的功率只取决于
功率操控的特色,并不在于变频仍是变转差率,因而,传统理论把变频调速和变转差率调速敌对起来的观念是过错的。
应该留意同步转速和抱负空载转速有本质的差异,同步转速n1是旋转磁场的改动速度,抱负空载转速n0是假定转子悉数电磁功率都转化为轴功率的机械速度。电动机的转速和调速功率只与n0密切相关,而与同步转速没有直接、必定的联络。
4 变频调速的功率操控原理
从功率操控视点调查,变频调速是典型的定子电磁功率操控调速。定子操控是直接操控转子的调速,因为定、转子电磁功率持平,而定子电磁功率
坚持不变,然后完成高功率的电磁功率操控调速。变频调速时,抱负空载转速n0随U1改动,此刻同步转速n1随f1而变,且有n0=n1,但决议电动机转速的是n0而不是n1,下面将会看到,即便n1不变,n0也可随电磁功率改动。
依据上述剖析,恒转矩变频调速时,其充分条件是调压,必要条件是变频,调速的本质在于对电磁功率操控。
5 转子电磁功率操控调速与内馈调速
关于绕线转子异步机,能够对转子直接施行电磁功率操控。办法是从转子口移出或注入电功率,以改动转子的净电磁功率,使抱负空载转速得以调理。
转子电磁功率操控有以下特色:
1)定子电压、频率不变,主磁通亦不变,因而调速是恒转矩的;
2)同步转速不变,抱负空载转速却可变(n1 与n0无直接必定的联络);
3)技能简略,功率高,经济性好。
关于图3(b)的转子电磁功率操控,当在转子的转差功率端口引进附加的电磁功率时,转子的净电磁功率