变频调速时出现的新问题

    异步电动机变频调速的特殊之处在于：在单纯调节频率的情况下，调节行为是在输入侧进行的，但其结果却是：输出功率减小了（频率下调时），而输入功率则不变。这就必然在传递能量的中间环节上形成能量的“堆积”——磁通增加、磁路饱和。具体过程如下：    为了分析问题的方便起见，假设在调速过程中，负载的转矩不变（恒转矩负载）。    1．转子侧。由于负载的转矩TL不变，电动机用来克服负载转矩的电磁转矩TM也不变，而TM是由转子电流I2和磁通Φ相互作用产生的。所以，转子电流I2及其磁动势I2N2应该保持不变。    2．定子侧由式( 1-37)可知，定子绕组感应电动势E1的大小是和频率f1与磁通ΦM的乘积成正比的，即    E1=KELf1ΦM    (2-3)式中KE1-常数，KE1=4.44kr1N1（kr1为与电动机绕组结构有关的常数）。    可见，频率下降时，E1也随之减小。由式(1-33)可知，这必将导致定子电流I1的增大，从而定子绕组的磁动势I1N1也增大。于是，原有的磁动势平稳状态被破坏。由式(1-34)和式(1-36)可知，励磁电流I0及其磁动势I0N1将增加，从而磁路中的磁通增加。    磁通增加将导致电动机磁路的饱和，使励磁电流的有效值和波形发生十分不利的变化，分析如下：    磁路中磁通和励磁电流之间的关系是由磁化曲线决定的。磁化曲线的形状如图2-8所示。
    图2-8    电动机磁路的磁化曲线    在图2-8中：    (1)A点以前为非饱和区，磁通Φ随磁动势iN成正比地增加。    (2)从A点到B点为开始饱和区，磁动势iN增加时，磁通Φ的增加比较缓慢。    (3)B点以后为深度饱和区，磁动势iN继续增加时，磁通Φ增加甚微。    普通电动机是按工频运行设计的，在工频下运行时，磁路应工作在非饱和区。    在磁路饱和时，磁通和励磁电流的波形如图2-9所示。其中，图a是磁化曲线；图b是磁通的波形，由于磁路饱和的原因，磁通波形的上面被“削平”了，变成了平顶波；图c是励磁电流的波形，其横坐标是励磁电流，与磁化曲线（图a)的横坐标对应。纵坐标是时间t，它和磁通曲线的横坐标相对应。因此，它是由图a和图b综合作出的。由图可以看出，励磁电流将发生严重畸变，是一个具有很高峰值的尖峰波。这是定子输入侧和转子输出侧之间能量失衡的结果。
    图2-9    磁路在饱和区工作时的励磁电流    a)磁化曲线b）磁通曲线c）励磁电流    上述分析表明：在变频调速过程中，必须随时协调好定子侧和转子侧之间的能量平衡，这就是频率下降时带来的新问题，而定子侧和转子侧之间能量保持平衡的主要标志是：在两者之间传递能量的磁通ΦM保持不变，即    ΦM=const    (2-4)