在生产中应用异步电动机由于工艺要求,需要电动机调速的场合,人们往往从二个方面着手解决。一方面是不用异步电动机而使用调速性能好的直流电动机。另一方面是应用新技术,使异步电动机的运行能够按照生产工艺要求进行调速。
三相异步交流电动机的变频调速的原理,可从异步电动机的转速方程得出。转速方程如下所示1:
式1中:n——电动机的实际转速
f1——电动机定子绕组的供电频率
p——旋转磁场的极对数
S——转差率,表示定子旋转磁场的同步转速n1与n的关系:n=n1(1-S)
从(1)式中可见,改变异步电动机的供电频率f1,就可改变电动机的转速n1和n,达到调速目的。但f1的升高或降低影响到异步电动机的其它参数,如定子绕组中的输入电压U1,输入电流I1和磁通Φ。
三相异步电动机每相电压U1有以下关系式2:U1≈E1=4.44f1N1K1Φ
式中:U1——定子相电压
E1——定子相电动势
N1——定子相绕组总匝数
K1——基波绕组系数
Φ——每极气隙磁通
三相异步电动机在设计时,都给定了额定电压U1N,额定电流I1N及相应的额定频率f1N,磁通Φ的数值都定为接近磁路饱和的数值。从(1)中可见,降低f1,可使电动机减速,但在降低f1时,从(2)式可见,若保持U1不变,Φ必须增大。但Φ增大是不可能的,因为它已接近饱和值。保持Φ不变,只有降低U1,保持U1/ f1=常数……(3)。
这种降低电动机转速n,是在f1<f1N情况下采用,Φ不变,故称为恒磁通控制方式,它的调速机械特性如图1所示。
从图1中可见,这种调速具有最大转矩变化较小,近似认为恒转矩的特征。进一步讨论还可得出,在相同的负载转矩下有近似相同的电流,该电流与频率无关。而且输出转矩也近似认为与频率变化也无关。
这种f1<f1N,Φ近似不变的调速。当频率f1下降到比较小的数值时,电动机定子阻抗不可忽略不计,U1/f1的数值要适当提高,以补偿电动机定子阻抗下降引起的Φ数值下降,以维持Φ值近似不变。
若f1升高,以使电动机增速,由(2)式可见,f1的升高,如果Φ不变,则电压U1要升高,但是电动机有本身的额定电压U1N。U1升高的最大值与U1N相等。
U1=U1N=常数……(4)
U1不能升高,为维持(2)不变,Φ必须降低,此时f1与Φ的关系:
Φ∝1/f1 ……(5)