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    變頻器常識:低頻運行的原理以及特點  
      由變頻器組成的交流調速系統的常見問題是,系統在低頻區運行時性能不理想,主要表現為低頻啟動時起動力矩較小,系統不能啟動,因為變頻器的非線性會產生高次諧波,從而引起電機轉子間隙的脈動和電機的熱量,使電機運行噪聲較大。在次低頻穩定運轉時,由于柵極電壓的變動、系統負載的變化、變頻器輸出電壓波形的變化,會產生電動機抖動。

     


     

    一、 變頻器低頻機械特性


    1、低頻啟動特性


    雖然可以通過改變定子頻率F1來平滑地調節鼠籠式電機的同步速度,但是伴隨著F1的變化,電動機的機械特性也變化,特別是在次低頻區域中變化。 根據異步電機的最大扭矩公式


    Temax=3/2+np(u1/w1)2+/r1/w1+/(r2/w1)2+(l1+l2)2+,其中np為電機的極點;


    r1-定子每相電阻;


    r2-反彈到定子側轉子每相電阻;


    l1-定子每相漏;


    ll2-反彈到定子側轉子每相漏;


    u1-定子每相電壓;


    w1-功率角頻率


    結果表明,在低頻下,隨著w1和r1的減小,Temax逐漸減小,隨著w1的減小,Temax逐漸減小,起動扭矩逐漸減小,甚至不能驅動負載。


    2、低頻穩態特性


    電動機穩態運行時的轉距公式如下:


    tl3np(u1/w1)2sw1r2/(sr1r2)2s2w2(ll1l2)


    當額定角頻率W1時,可以忽略R1。在低頻時,R1不容忽視。因此,由于R1上電壓降的比例在低頻時增加,M不能保持恒定,特別是當電網電壓和負荷發生變化時,系統會發生振蕩和爬行。


    二、變頻器調速系統低頻特性


    1、諧波分析


    除基波電流外,電機定子中還存在諧波電流,這都是由于變頻器的非線性特性所導致,。由于高次諧波的存在,電機的損耗和電感增加,cosφ減小,從而影響輸出轉矩,產生6倍基頻的脈動轉矩。


    用電流波形中的5次、7次間諧波分析,三相電機的定子電流中的5次間諧波頻率為F5=5F1 (F1為基波電流頻率),在電動機的空氣隙產生空間上反相的磁通勢和磁場,該磁場的轉速n51為基波電流產生的磁場的轉速n11的5倍, 按照與基波磁場反向旋轉的方式,5次間諧波電勢在轉子內感應出基波頻率的6倍的轉子電流,通過該電流和空氣隙基波電勢的合成作用,產生基波頻率的6倍的脈動轉矩。


    7次間諧波產生的磁場與基本波同相,但其產生的旋轉磁場的轉速是基本波旋轉磁場的轉速的7倍,因此轉子電流間諧波與空氣隙主磁場的相對轉速也是基本波頻率的6倍,也產生基本波頻率的6倍的脈動過渡。


    上述兩個脈動轉矩是基頻的6倍,使電機的電磁轉矩一起脈動。雖然平均值為零,但脈動轉矩使電機轉速不均勻,這在低頻運行中影響最大。


    三、準方波方式下脈動轉距的產生


    假設ψ1和ψ2分別是定子磁鏈和轉子磁鏈的空間矢量。在穩態準方波(QSW)工作模式下(電橋中的晶閘管由1800°電角度脈沖觸發),ψ1在輸出周期內沿正六邊形外圍移動。ψ2沿與六邊形同心的圓運動,ψ1和ψ2在準方波工作模式下連續運動,但它們之間存在顯著差異。當矢量素材ψ2以穩定的電機定子工作電壓角速度W1轉動時,矢量素材ψ1以穩定的角速度緊緊圍繞正六邊形挪動。,以矢量ψ1的恒定的線速度改變角速度,產生ψ1和ψ2。當電機空載時,當W1t=0,π/6,π/3時,穩態時ψ1和ψ2之間的夾角和轉矩T為零,當W1T≠0,π/6,π/3,δ不為零時,會引起低頻轉矩脈動,并伴隨上述ψ1的幅值變化,其頻率為定子電壓的基波



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