摘要:詳細分析了PWM電壓型變頻調(diào)速電動機，在不同的啟動頻率下啟動時，電動機啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流的變化規(guī)律，以及由于高次諧波引起的趨膚效應(yīng)使定、轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻阻位顯著增加對電動機啟動特性的影響，尋找到既滿足電動機啟動轉(zhuǎn)矩要求.又滿足變頻器襯流要求的最佳啟動頻率范圍.共有一定的工程參考價值。 關(guān)鍵詞：PWM 變頻調(diào)速;啟動特性; [align=center][b] regulating speed motor YANG Yu-ting[/b] （Shengyang Aluminium and Magnesium Engineering and Research Institute， Liaonin g ,1 10001，China）[/align] Abstract:The PWM voltagec onversionr egulatings peedm otorw asa nalyzedi nt hep aper.I ncludingt hev ariationalru lefo rs tart一upt orsiona nds tart一up current of motor under different start一up frequencies，and the influence to start一up characters of motors because of remarkable increase of the rotor conductor resistance caused by higher harmonic. This paper was very useful in finding the best start一up frequency range which fulfils the demands of motor start一up torque and bearable current of transducer. KeyWords：PWM conversionr egulatings peed，start一upc haracte,start一upf requency 電壓型變頻調(diào)速器在實際應(yīng)用中具有軟啟動、調(diào)速平穩(wěn)、節(jié)能效果好等優(yōu)點，但由于電動機繞組間寄生電容的作用，就會經(jīng)常出現(xiàn)功率開關(guān)瞬間過流，使變頻器保護動作，導(dǎo)致電動機啟動失敗的情況發(fā)生，因此，合理地選擇電動機的啟動頻率就顯得非常重要。因為只有這樣才能既保證啟動轉(zhuǎn)矩滿足電動機額定轉(zhuǎn)矩的要求，又使啟動電流不超過變頻器1.5倍的耐受電流（1），從根本上消除了電動機啟動失敗的現(xiàn)象發(fā)生。這對變頻器與電動機優(yōu)化組合，改善電動機的啟動特性，降低成本，提高生產(chǎn)率非常重要。 1 變頻調(diào)速電動機啟動特性 1.1 變頻調(diào)速電動機啟動電流和啟動頻率之間的關(guān)系對于功能型變頻調(diào)速器，其輸出變頻電壓的壓頻關(guān)系一般均呈線性或分段線性，電壓與頻率關(guān)系如圖1所示。 線段1代表恒轉(zhuǎn)矩負載特性，即E1/f1=C ;線段2代表基本壓頻比為常數(shù)曲線特性，即U1/f1二C;線段3實用于風(fēng)機和水泵類負載特性。圖中，U。指電網(wǎng)額定電壓，單位為V; U a指接近零頻時轉(zhuǎn)矩提升電壓，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)矩負載，U。取值不同，單位為V;f, 指變頻器輸出基波電壓頻率，單位為HZ。本文僅以線段2負載特性為例。 假定 PWM變頻器供給電動機的電壓為接近標(biāo)準(zhǔn)正弦的變頻電壓，并忽略高次諧波電壓影響，基于異步電動機T型等效電路，電動機基波電壓U1和啟動轉(zhuǎn)矩Tst： 以上各式中，R1為定子電阻;R"2為折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電阻;R為R1與R"2之和;L1為定子漏感;L‘2為折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子漏感;X1為定子漏抗;X‘2為折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子漏抗;X為Xi與X‘2之和;Ml為電動機輸入電壓相數(shù): P為電動機極對數(shù)。 由式（4），經(jīng)過相對于fl求導(dǎo)計算可知，不管U0取何值，其求導(dǎo)結(jié)果大于零，說明在零頻至工頻范圍內(nèi)，啟動電流I.均為啟動頻率fl的增函數(shù)，即啟動頻率越低，啟動電流越小;啟動頻率越高，啟動電流越大。 1.2 變頻調(diào)速電動機啟動轉(zhuǎn)矩和啟動頻率之間的關(guān)系 對于基本壓頻比為常數(shù)負載曲線特性，即Ui/fl二C，轉(zhuǎn)矩提升電壓U0 = OV。將U0 = OV代入式（3）和式（4），并令k1= Ue/50，此時啟動轉(zhuǎn)矩T"o和啟動電流1510只是啟動頻率fl的函數(shù)。分別見式（5）和式（6）: 由式（7）可知，在較高頻率階段，啟動轉(zhuǎn)矩Ts與啟動頻率fl成反比。在中頻階段，當(dāng)R與X相等時，由式（5），經(jīng)過相對于fl求導(dǎo)計算可知，其求導(dǎo)結(jié)果等于零，此時啟動轉(zhuǎn)矩達到最大值，對應(yīng)的啟動頻率為flmax。在較低頻率啟動時，由式（5）對應(yīng)于fl求導(dǎo)結(jié)果大于零，啟動轉(zhuǎn)矩隨啟動頻率增加而增加。 由此可見 ，在零頻至工頻范圍內(nèi)，啟動轉(zhuǎn)矩存在有最大值。在啟動頻率等于fl.時，啟動轉(zhuǎn)矩為最大啟動轉(zhuǎn)矩;在啟動頻率小于flm ax時，啟動轉(zhuǎn)矩為啟動頻率的增函數(shù);在啟動頻率大于fl.時，啟動轉(zhuǎn)矩為啟動頻率的減函數(shù)。 2 趨膚效應(yīng)對電動機啟動特性的影響 在電動機啟動瞬間，由變頻器輸出的PWM電壓產(chǎn)生的高次諧波會引起電動機定、轉(zhuǎn)子趨膚效應(yīng)，使定子、轉(zhuǎn)子的交流電阻大大增加，對電動機的啟動特性產(chǎn)生很大影響。根據(jù)式（2）和（3），當(dāng)定子電阻R1增加，會使啟動轉(zhuǎn)矩減小，根據(jù)式（4），當(dāng)定子電阻Rr和轉(zhuǎn)子電阻R‘:增加，會使啟動電流減小，最大啟動轉(zhuǎn)矩時的啟動頻率f1max會后移。根據(jù)式（2），對于某一特定的啟動頻率，只有當(dāng)（R‘2）2> R2 f（X fl/ 50 ）2時，啟動轉(zhuǎn)矩才小于無趨膚效應(yīng)時的啟動轉(zhuǎn)矩。雖然轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的趨膚效應(yīng)比定子導(dǎo)體的強烈，但這一條件并不容易達到，因此一般而言，趨膚效應(yīng)不會減小電動機啟動轉(zhuǎn)矩。 3 最佳啟動頻率范圍確定 3.1 結(jié)果分析 本文以鼠籠電動機J0241一4的啟動特性為例，已知工頻下的電動機啟動轉(zhuǎn)矩和定、轉(zhuǎn)子參數(shù)，根據(jù)式（5），繪制出啟動頻率f;從0-50 Hz變化時，電動機啟動轉(zhuǎn)矩TS。與負載轉(zhuǎn)矩TLD的比值曲線，如圖2中曲線1所示;再根據(jù)式（6），繪制出啟動頻率fl從0 - 50Hz變化時，電動機啟動電流1.與額定電流I。的比值曲線，如圖2中曲線2所示。 由圖2可以看出，啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流相對于啟動頻率的變化規(guī)律與理論分析結(jié)果相同。在工頻范圍內(nèi)，啟動轉(zhuǎn)矩確實存在最大值，如圖2中曲線1所示，最大啟動轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的啟動頻率fl.約為23Hz，當(dāng)啟動頻率小于flm ax時，啟動轉(zhuǎn)矩隨著啟動頻率的增加而增大，當(dāng)啟動頻率大于f1m ax 時，啟動轉(zhuǎn)矩隨著啟動頻率的增加而減小。對于啟動電流在工頻范圍內(nèi)，啟動電流均為啟動頻率增函數(shù)，如圖2中曲線2所示。 由于在最大啟動轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)前，啟動轉(zhuǎn)矩為啟動頻率的增函數(shù)，而啟動電流也為啟動頻率增函數(shù)，因此可在圖中分別劃出滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求的啟動頻率范圍和變頻器功率開關(guān)對啟動電流要求的啟動頻率范圍，二者的公共部分即為變頻調(diào)速電動機最佳啟動頻率范圍。 3.2 最佳啟動頻率確定 根據(jù)啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流相對于啟動頻率的變化規(guī)律，最佳啟動頻率范圍應(yīng)為同時滿足電動機對啟動轉(zhuǎn)矩要求和變頻器對啟動電流要求的啟動頻率范圍。其確定方法為:首先劃出啟動轉(zhuǎn)矩Ts,與負載轉(zhuǎn)矩TLD比值大于1.2倍的啟動頻率范圍;再在同一圖中劃出啟動電流Isc與額定電流I。比值小于1.5倍的啟動頻率范圍;最后劃出以上兩部分頻率范圍的公共部分，即是所求。 以圖2為例，當(dāng)啟動轉(zhuǎn)矩大于120%負載轉(zhuǎn)矩時的啟動頻率應(yīng)該大于10 Hz，當(dāng)啟動電流小于150%額定電流時的啟動頻率應(yīng)該小于16Hz，則10一16Hz應(yīng)為該變頻調(diào)速電動機最佳啟動頻率范圍。 4 結(jié)語 對于變頻調(diào)速電動機，依據(jù)其啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流相對于啟動頻率的變化規(guī)律，在同一圖中繪制電動機在不同的啟動頻率下，啟動轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩、啟動電流和額定電流的比值曲線，再根據(jù)啟動過程對啟動轉(zhuǎn)矩和變頻器功率開關(guān)對啟動電流的要求，即可確定最佳啟動頻率范圍。此外高次諧波引起的趨膚效應(yīng)使電動機定、轉(zhuǎn)子電阻阻值大大增加，使啟動電流減小，但不足以減少啟動轉(zhuǎn)矩。 因此，變頻調(diào)速電動機啟動不必從零頻開始，應(yīng)在最佳啟動頻率范圍內(nèi)啟動，這樣可以減少電動機啟動加速時間，改善電動機的啟動特性，降低成本，提高生產(chǎn)率。 參考文獻: （1〕王健，等.功率濾波器對變頻器一電動機系統(tǒng)力能指標(biāo)的影響（J） .基礎(chǔ)自動化，1998,5:29-32. （2〕陳伯時.電力傳動自動控制系統(tǒng)[M].機械工業(yè)出版社（第二版），1992 .