5.3 小电感的大作用
实践背景
在工矿企业里工作的电气工作人员，习惯于对工频运行时的各种状态进行分析。而变频器的输出电压却是高频脉冲序列，在思考问题时，应该时时注意并充分利用这个特点。
5.3.1 一个小实验
5.3.1.1 进行实验的动因
1．电动机和变频器之间的距离
在实际工作中，当电动机和变频器之间的距离超过一定限度时，会出现一些不愉快的现象，如电动机的振动加剧，电动机侧的电压升高等等。
2．应对途径
说明书上介绍，当电动机和变频器之间的距离超过100m（也有规定50m 的）时，应在变频器的输出侧接入输出电抗器。但输出电抗器非但价格较贵，还难以买到。
5.3.1.2 小实验
1．基本考虑
由于变频器的输出电压是由一系列高频脉冲构成的，脉冲频率高达10kHz 或以上，波长较短。根据远距离输电的原理，当输电距离与电压的波长可以比拟时，电源端电压的瞬时值就和接受端（电动机端）电压的瞬时值不一致，从而产生反射波。电源输出的电压波和反射波相重叠，就会发生一些不希望看到的现象。理论分析表明，如果在电路里加入一些额外的器件（如电感），就可以破坏原有的状态。
2．小实验
变频器的输出端接一台0.75kW 的小电动机，小电动机放置在地上，不固定。不断地延长输出线。当输出线延长至超过50m 时，小电动机开始振动，如图5-18a）所示。
将变频器的三根输出线并在一起，在高频磁环上绕1~2 匝，串联在输出电路里，小电动机就不再振动了，如
将变频器的三根输出线并在一起，在高频磁环上绕1~2 匝，串联在输出电路里，小电动机就不再振动了，如
图5-18（b）所示。这个小实验说明了，由于变频器的输出电压是高频脉冲序列，所以，一个很小的电感，也能起比较显著的作用。
5.3.2 改善功率因数的应急措施
5.3.2.1 一个求助电话
某公司为一家塑料厂的一个车间配置了十余台变频器，结果，车间变压器的输出电压变成了三角波，功率因数极低，影响了其他设备的正常运行。
公司老板打电话向我咨询，我说每台变频器都配置电抗器呀。老板说，这我也知道。但电抗器挺贵的，用户不肯出钱，我出钱就赔本了。
5.3.3 输出电抗器的发热及改善
5.3.3.1 输出电抗器的弊病
1．存在问题
不少用户反映，输出电抗器存在两个问题：一是噪音大；二是铁心发热严重。
2．原因分析
问题很可能发生在铁心上。因为变频器输出电流里的高次谐波成分，而国产的输出电抗器所用的硅钢片，都只能用一般变压器用的硅钢片，如采用特殊的硅钢片，将增加成本，难以被用户接受。而硅钢片里的涡流损失和磁滞损失都和频率的二次方成正比。所以，当用在高频电路里时，铁心容易发热。
5.3.3.2 解决办法
1．基本途径
在变频器的输出电路中，串联一点小电感，以减小输出电流中的谐波成分。
2．具体方法
将三根输出线并在一起，同时在高频磁环上绕上若干匝，串联在变频器和输出电抗器之间，如图5-20 所示。据用户反映，此法较好地解决了上述问题。
5.3.4 简易滤波器
5.3.4.1 用户的问题
大致有两种情形：
1．无抗干扰措施
部分用户不知道采用变频调速后，需要配置一些抗干扰器件，如滤波器等，在使用过程中发现变频器对其他设备产生干扰，例如，在变频器旁边不能打手机等等。
2．抗干扰措施不力
部分用户已经配置了输入、输出滤波器，但仍存在干扰问题，说明所配置的滤波器效果不够好。这也是常见的情况，因为无源滤波器件很难把高次谐波成分滤得很干净。
5.3.4.2 解决办法
针对以上两种情形，我都建议他们自制简易滤波器，接在变频器的输出侧，如图5-21（a）所示。
对于原来未配置滤波器的用户来说，等于配置了一个滤波器；对于已配置滤波器而效果欠佳的用户来说，则是增加了一个辅助滤波器。具体方法如下：
将变频器的三根输出线以相同的方法在同一个高频磁心上绕制3~4 圈，如图5-21（b）的上部所示。
如果输出侧的导线较粗，难以多圈绕制时，可以在多加几个高频磁心的情况下，只绕一圈，也可以取得相同的效果，如图（b）的下部所示，也可以再多加几个高频磁心，把三根导线直接穿过磁心即可。据用户反映，此法取得了不错的效果。
小小体会
在工频电路里，铁心上只绕几圈绕组所构成的小电感，是完全可以忽略不计的。但在高频电路里，却常常能取得意想不到的效果。
5.4 异步电动机的上限频率
5.4.1 讨论背景
自从变频调速普及后，常常有人提出这样的问题：异步电动机变频后，最高能调节到多大频率？专家们对这个问题的答案是多种多样的，有的说，不应超过60Hz，也有说不应超过80Hz，莫衷一是，得不到一个统一的说法。
其实，异步电动机工作频率的上限，是应该根据负载的特点来决定的。
5.3.2 电动机高频运行的特点
5.3.2.1 异步电动机的带负载能力
异步电动机的带负载能力由机械特性决定，异步电动机的机械特性曲线如图5-22 所示，要点如下：
1．临界转矩
异步电动机的机械特性有一个拐点，称为临界点，如图中的K 点所示。临界点的转矩就称为临界转矩，用TK 表示。临界转矩也是异步电动机所能产生的最大电磁转矩。
2．额定转矩
所谓额定转矩，是指允许长时间连续运行的最大转矩。或者说，在此转矩下长时间连续运行时，电动机的温升将不超过允许值。额定转矩用TN 表示，如图中之N 点所示。
3．过载能力
电动机在运行过程中，只要其温升不超过允许值，短时间的过载运行是允许的。但过载是有限度的，这就是：负载的阻转矩必须小于电动机的临界转矩。因此，临界转矩和额定转矩之比，就称为过载能力：
5.4.2.2 高频运行时的电磁转矩
1．高频运行的临界转矩
高频运行时临界转矩的计算公式十分复杂，也难以得到准确而简单的表达式。根据日本变频器提供的曲线推算，则临界转矩和频率之间的关系大致为：
式（5-12）表明，异步电动机运行在额定频率以上时，其临界转矩将随频率的增加而减小。例如，当工作频率为100Hz 时，kf =2。则由式（5-12），得：
可见，这时的临界转矩只有50Hz 时的38%。在图5-23中，曲线②是kf =2 时的机械特性；曲线③是kf >1 的临界转矩线；曲线④是kf >1 的有效转矩线。
2．高频运行的有效转矩
所谓有效转矩，是指在非额定频率下，允许长时间运行的转矩，相当于非额定频率下的“ 额定转矩”，用TE 表示。
一般认为，当异步电动机在额定频率以上运行时，其有效转矩具有恒功率的特点。即：
一般认为，当异步电动机在额定频率以上运行时，其有效转矩具有恒功率的特点。即：
答案是肯定的，主要原因有：
（1）负载工况
高速运行时，负载一般不容易过载。以金属切削机床为例，高速切削都只有在精加工时进行，而精加工时，非但进刀量较小，一般也不大会过载。
（2）散热变好
高频运行时，电动机内部的风扇叶片的转速也同时增加，电动机的散热得到了很大的改善，电动机允许的“ 额定电流” 可以增加。
4．结论
由于上述原因，认为异步电动机在额定频率以上运行时，其有效转矩具有恒功率特点是可以成立的。
5.4.2.3 机械制约因素
以上是从电的角度考虑的结果，而电动机作为一台旋转的机器，还会在机械方面受到制约，主要的制约因素有：
1．轴承的转速限制
电动机所用的轴承一般都是通用轴承，其最高转速约为4000r/min 多一点。因此，如果是2 极电动机，就不允许在100Hz 下运行，允许的最高频率只有65Hz。
2．动平衡
任何机械在高速运行时，都存在着动平衡的问题，电动机也不例外。所以，在生产电动机时，必须对转子做动平衡试验。异步电动机的动平衡试验一般在3000r/min 的状态下进行。所以，当转速超过3000r/min 时，就有可能出现动平衡方面的问题。
5.4.3 各类负载的最高工作频率
变频拖动系统的最高工作频率要根据负载的机械特性来决定。分述如下：
5.4.3.1 恒转矩负载
1．基本分析
（1）恒转矩负载的特点
所谓恒转矩负载，是指在不同的转速下，负载的阻转矩恒定不变，其机械特性如图5-24 中的曲线②所示（曲线①是电动机在额定频率以下运行时的有效转矩线）。
（2）恒转矩负载对频率的限制
如果负载的阻转矩如曲线③所示，与电动机的额定转矩相等的话，电动机的最高工作频率只能等于额定频率。或者说，电动机允许的工作频率范围是：
共0条 [查看全部] 网友评论