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讲座二变频器功能解析UPS

2021-02-03 12:08:27 UPS    

讲座(二)变频器功能解析

2 变频引出的特殊问题

2.2 异步电动机在频率下降后出现的问题

异步电动机的输入输出如图2所示。

图2 异步电动机的输入和输出

问题的提出

电动机的输入功率

众所周知,电动机是将电能转换成机械能的器件。三相交流异步电动机输入的是三相电功率P2:

电动机的输出功率

电动机是用来拖动负载旋转的,因此,其输出功率便是轴上的机械功率:

式中:P2─电动机输出的机械功率,kW;

TM─电动机轴上的转矩,N·m;

nM─电动机轴上的转速,r/min。

频率下降后出现的问题

毫无疑问,频率下降的结果是转速下降。这是因为,异步电动机的转速和频率有关:

式中: n2—同步转速, r/min。

由式知, 转速下降的结果是:电动机的输出功率下降。

然而, 式表明, 电动机的输入功率和频率之间却并无直接关系。如果仔细分析的话,当频率下降时,输入功率将是有增无减的。

输入不变而输出减少,这似乎有悖于能量守恒的原理,出现了什么问题呢?

异步电动机的能量传递

异步电动机的转子是依靠电磁感应而得到能量的,如图2所示。所以,其能量是通过磁场来传递的。传递过程如图2所示, 可归纳如下:

图2 异步电动机的能量传递

从输入的电功率P2中扣除定子侧损失后,便是通过磁场传递给转子的功率,称为电磁功率,用PM表示:

转子得到的电磁功率PM中扣除转子侧损失,便是转子输出的机械功率P2:

显然,频率下降的结果必将导致电磁功率PM的“中部崛起”,这意味着磁通的大量增加。那么,PM是如何增大的呢?

定子侧的等效电路

定子磁通及其在电路中的作用

如图3所示,定子磁通可以分为两个部分:

图3 定子侧的等效电路

·主磁通Φ2

主磁通Φ2是穿过空气隙与转子绕组相链的部分,是把能量传递给转子的部分。它在定子绕组中产生的自感电动势称为反电动势,用E2表示,其有效值的计算如下式:

式表明,反电动势E2与频率fX和主磁通ΦM的乘积成正比:

在频率一定的情况下,反电动势的数值直接反映了主磁通的大小。或者说,主磁通ΦM的大小是通过反电动势E2的大小来体现的。

·漏磁通Φ2

漏磁通Φ2是未穿过空气隙与转子绕组相链的部分,它并不传递能量,它在定子绕组中产生的自感电动势只起电抗的作用,称为漏磁电抗X2,其压降为I2X2。

定子侧的等效电路

图3所示即为定子绕组的一相等效电路,其电动势平衡方

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