电机与变频器培训资料.ppt

员工培训 * 王新华 电动机和变频器培训应用支持组（上海） 培训目的 让大家懂得电动机和变频原理有助于我们变频器业务的快速增长。 异步电动机原理 异步电动机结构 二部分组成 定子 固定不动部分，固定在电动机的机座上； 由定子铁心和绕组组成，铁心由冲有线槽的矽钢片叠压而成，而绕组均匀地分布在铁心的槽内； 转子 旋转部分，固定在旋转轴上有鼠笼式和绕线式两类转子； 由转子铁心和导体或绕组组成，鼠笼式转子采用铸铝浇注而成，绕线式则由漆包绕组和滑环形成。 接线盒 外壳 定子及绕组 转子 绝缘 磁场的建立 定子三相绕组通过三相对称交流电时，在定子上产生旋转磁场 旋转磁场的速度，称为同步速度； n = 60f/p 其中，f为交流电源频率，P为电机极对数 磁场的幅值大小与流过定子的磁场电流成正比 S N 转子感应电流和转矩产生的条件 转子导体切割磁力线，产生感应电势，由于导体两侧的短路环，形成了感应电流（右手定律） 通电的转子导体切割磁力线，产生电磁力，从而形成力矩（左手定律） 值得注意的是，产生转矩的必需条件包括 转子与定子的旋转磁场一定要有相对运动，也就是要有一定的异步滑差 当转速达到同步转速时，输出的力矩为零 导体在磁场中受力情况——左手定律 转子电流和滑差 转子电流的频率与转子切割定子磁场的相对速度有关 转子的速度与定子的极数和频率有关 例如：定子电流频率50Hz，转子的速度有可能为1500rpm或3000rpm，取决于定子的极数为4极或2极 滑差——定子频率与转子实际速度之差 如果定子磁场速度为1500rpm，而转子实际速度为1460rpm，所以存在着40rpm的滑差，也可以百分比表示，即2.7%。 转子达到同步速时，滑差为0；转子堵转时，滑差为1。 转矩与定子极对数 定子极数较为常用的有2，4，6，8等，其中4极最为普遍。 下表为每相极数与单位功率产生的转矩关系 高频转子电流对电动机性能影响 转子也存在电阻和电感 在零速时，由于电感引起的电抗在转子总的阻抗的80%左右，引起转子电流滞后转子电压近70-80度，造成转子磁场漂移，对定子磁场产生去磁作用 定子磁场减弱，产生反电势降低，定子电流上升，磁场不断加强，产生足够的加速力矩 转子开始旋转，定子电流也随之降低 转矩特性 电动机转矩可用下列表达式表示 T = Kt ? Ir cos? Kt——电动机转矩常数 ?——励磁磁通 Ir——转子电流 cos?——转子电流相位移 电动机损耗 由于定转子之间存在一定的气隙，定子必须提供额外电流增加磁通密度，造成空载电流接近40%额定电流； 气隙在电动机设计时尽可能小，但存在机加工等问题，因此，空载气隙损耗无法避免 对自冷电动机，转子提供一部分力矩用来克服转轴的摩察和自冷风扇的阻力； 铁心的磁滞和涡流损耗 绕组的铜损（I2R） 电压对电动机性能的影响 转矩由定子磁通和转子电流所决定，转子电流是由于转子感应电压引起，感应电压直接与定子磁通密度成正比 定子磁通与定子电流成正比（假设磁路尚未饱和），因此，如果所加电压的频率保持恒定，定子电流和磁通的上升和下降直接与所加的电压有关 转矩与电压的关系如下： T = Kt U T——电动机转矩 Kt——转矩常数 U——所加的电压 2 电压降低对电动机性能的影响 启动力矩不够——如果电动机和负载匹配很接近，万一启动时电压有10%的压降，都有可能导致无法启动； 速度波动——压降导致电动机速度随之降低而降低； 速度精度无法保证——长时间的压降导致电动机无法达到铭牌上规定的额定速度； 输出最大转矩降低——10%的压降导致峰值转矩降低19%，如果应用中要求能够承受短时间的负载冲击，就有可能出现堵转现象； 电流增加——导致电动机过热，影响电动机的绝缘寿命； 降压启动 电压变化的影响也可当作优点来使用，在启动过程中，用来限制启动电流，调节启动转矩，四种常用的降压启动方法： 自耦降压变压器 星三角启动 分布绕组启动 电子软启动器 几种不同启动方法得到的电动机特性如表所示： 频率变化对电动机性能的影响 制造厂商常规定电动机的频率变化容许范围?5%； 假设电动机的电压保持恒定： 频率增加5%，同步速增加5%，但转矩降低10%； 可理解为阻抗对电动机电流的影响 定子阻抗Z由电阻R和感抗2?f组成，而定子电流I = U/Z； 由于电阻较小，可忽略不计，为了简化起见，电流可等效为： I ? U/f 电动机和变频变压（VVVF）驱动 由于定子电流与频率成反比，假设电压恒定，而频率变化，就有可能产生以下问题： 当频率从50Hz降到25Hz，定子电流将是成倍增加，造成电动机过热； 当频率从50Hz升到100Hz，电流减半，而转矩也相应减少，造成出力不够 如果在改变频率的同时，改变电压，就可维持适当的电