关于大马拉小车的节能问题.doc

大马拉小车的节能问题 1 大马拉小车的基本分析当负载所需的功率远小于电动机的额定功率，或者负载折算到电动机轴上的转矩远小于电动机的额定转矩时，通常称之为大马拉小车。1.1 大马拉小车时的反电动势电动机定子侧的电动势平衡方程 1.2 大马拉小车时的磁通 1.3 大马拉小车时的励磁电流 1.4 大马拉小车存在的问题1.4.1 功率因数变差电动机的电流平衡方程是 图2所示，是粗略的电流矢量图。图2（a）是额定状态时的情形。轻载时，转子的折算电流小了，而励磁电流大了。结果，合成为定子电流后，和电压的相位差角增大了，而功率因数则变小了，如图2（b）所示。1.4.2 效率降低磁通的增加，将增大铁心的磁滞损失和涡流损失，使损耗功率的相对值增大，效率降低。 1.5 大马拉小车的界定有关资料表明，异步电动机的最高效率发生在负荷率为0.7～0.85 的时候，其效率曲线如图3 所示，图中的横坐标是电动机的负荷率，其计算式为 2 变频器的节能技巧由以上分析，大马拉小车的结果，首先反映在反电动势增大。显然，如果适当减小电源电压，反电动势就可以随之减小。由式（4），磁通就可以恢复到接近于额定值。因此，大马拉小车节能的基本途径，便是适当降低电压。而在应用变频器的场合，节能的方法更是灵活多样。2.1 工作频率为50 Hz时的节能方法图4（a）所示，是大马拉小车的典型例子：当运行频率为50 Hz时，电动机的额定容量是110 kW，而负载实际所需功率只有70 kW。 针对这种情况，降低电压的方法是加大基本频率。如图4（b）所示，如把基本频率加大为60 Hz，则60 Hz对应于额定电压380 V，而在50 Hz 时得到的电压只有317 V。 2.2 低频运行时的节能方法二次方负载在低速运行时，极易出现大马拉小车的状态。如图5 所示，曲线①是负载的机械特性，曲线②是电动机的自然机械特性，额定转矩为TMN。在全速运行时，负载转矩等于TLN，与电动机的额定转矩十分接近。曲线③是电动机在低频运行时的机械特性，有效转矩为TEA，而负载转矩为TLD，比电动机的有效转矩小得多，所以电动机处于大马拉小车的状态。针对上述现象，节能的基本方法如下所述。 2.2.1 预置低励磁U/f比各种变频器都设置了低励磁U/f比功能。即在低频运行时，减小U/f比，使U/f线如图5（b）中的曲线④′（曲线④为基本U/f线）所示，曲线④′通常称为低励磁U/f线。由图知，当频率为fA时，电压从UA下降为UA′。这时，电动机的磁通比额定磁通还要小，从而降低了有效转矩，使之更接近于负载转矩。降低电压后的机械特性如图5 （a）中的曲线③′所示，电动机的有效转矩减小为TEA′，和负载转矩TLD之间的差距减小了，从而缓解了“大马拉小车”的问题。2.2.2 自动有哪些信誉好的足球投注网站最佳工作点变频器可以任意预置U/f比的特点，相当于在某一频率下，可以任意改变其工作电压。在任意改变其工作电压时，电流的变化规律就是电动机的电流-电压曲线，如图6 所示。当电压偏低时，虽然磁通减小，但是励磁电流却变化不大；另一方面，因为电动机电磁转矩的大小取决于转子电流和磁通的乘积，即 反之，当电压偏高时，一方面，由于磁通的增大，转子电流略有减小；另一方面，电动机的磁路趋向饱和，结果是励磁电流大幅度增加，在合成为定子电流时，也使定子电流增加，如图6（a）中的A″点所示。综合上述，得到完整的电流- 电压曲线如图6（a）所示。图中的A 点称为最佳工作点。当负载增大时，电动机的电流和所需电压都将增大，最佳工作点向右上方移动，电流- 电压曲线也将随之移动，如图6（b）中的曲线②和曲线③所示。相应的最佳工作点如B 点和C 点所示。某些变频器具有自动有哪些信誉好的足球投注网站最佳工作点的功能，可以在任何状态下，使运行电流为最小值，从而得到比较理想的节能效果。3 隐形的大马拉小车现象3.1 上限频率太低有的用户主要利用变频器来降速，上限频率往往预置得很低。这实际上也是一种大马拉小车。因为当上限频率低于基本频率时，电动机的有效输出功率是要减小的。图7所示，是一个上限频率只有30 Hz 的实例。电动机的额定容量为75 kW，但当运行在30 Hz时，其有效功率为 3.2 机械调速带恒转矩负载机械调速大多采用齿轮箱，也有机械的无级调速器。由于驱动电动机的功率是恒定的，根据能量守恒的原理，调速器输出轴的功率也是恒定的。所以，机械调速器输出轴的机械特性具有恒功率特点，即高速时转矩小、低速时转矩大，如图8（b）中的曲线②所示。如果用机械调速器来拖动恒转矩负载，负载的机械特性如图8（b）中的曲线①所示。 十分明显的是，为了在最高转速时也能带动负载，电动机的额定转矩必须大于负载转矩。而在额定转速以下运行时，电动机将始终处于大马拉小车的状态，