大功率交流異步電動(dòng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻切換存在的問題研究_secret

1、大功率交流異步電動(dòng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻切換存在的問題研究摘 要：工業(yè)頻率在一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)大功率異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的情 況下，必然涉及到異步電動(dòng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻的切換過程，在此過程中被切換電機(jī)就可能出現(xiàn)定子繞組電壓過大從而產(chǎn)生過大的切換沖擊電流，對(duì)電動(dòng)機(jī)的電氣特性和機(jī) 械特性造成破壞性損傷。本文針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻的切換過程進(jìn)行了詳細(xì)分析，同時(shí)對(duì)限制切換沖擊電流提出了解決的思路。關(guān)鍵字：交流異步電動(dòng)機(jī) 變頻轉(zhuǎn)工頻 切換1問題提出在 由一臺(tái)變頻器控制多臺(tái)大功率異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的過程中，先啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的供電電壓在頻率和大小由0HZ/0V逐漸上升到電網(wǎng)電壓的大小和頻率后 （50HZ/380V），由變頻器供電

2、的變頻電源和由電網(wǎng)供電的工頻電源已經(jīng)沒有多大區(qū)別，此時(shí)電動(dòng)機(jī)已完全可以從由變頻器提供的變頻電源切換到由電網(wǎng)供 電的工頻電源上，讓出變頻器控制下一臺(tái)大功率異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。在上述電機(jī)由變頻到工頻快速切換過程中，必須保證切換電流不能過大，特別是對(duì)大電機(jī)來說 更是如此。由前面的敘述可知，電機(jī)由變頻轉(zhuǎn)工頻的切換一般是在變頻器輸出電壓和電網(wǎng)電壓的頻率、大小都相等的情況下進(jìn)行的，表面上看，此 時(shí)兩個(gè)電源輸出電壓的大小、頻率都相等，似乎可以進(jìn)行平滑切換，不會(huì)對(duì)電機(jī)產(chǎn)生什么沖擊。其實(shí)不然，一個(gè)沒有考慮到的關(guān)鍵性的問題是相位，即兩個(gè)電源 電壓變化的步調(diào)是否一致。2問題分析相位不一致對(duì)變頻工頻切換過程的影響 在

3、變頻轉(zhuǎn)工頻切換瞬間，由于變頻器輸出電壓起始相位具有隨機(jī)性，它所輸出的三相電源相位和電網(wǎng)工頻電源相位完全有可能不一致，這種情況對(duì)切換過程的影響可用三相異步電機(jī)任意一相的相量圖（圖1）來加以說明。根據(jù)電機(jī)原理，三相電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的主磁場(chǎng)將在定子三相繞組內(nèi)感應(yīng)對(duì)稱的三相電動(dòng)勢(shì)。三相異步電動(dòng)機(jī)每一相定子線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 和定子每相所加的電源電壓只是頻率相同，幅值不等，相位也不一致，在相量圖上表現(xiàn)為與-存在一定的夾角。對(duì)大功率電動(dòng)機(jī)來說，若斷開電源后，斷開，雖然主磁場(chǎng)消失，但曾經(jīng)被主磁場(chǎng)磁化的轉(zhuǎn)子鐵芯依然存在剩磁，與此同時(shí)由于慣性轉(zhuǎn)子依然高速旋轉(zhuǎn)，在定子線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并不會(huì)在

4、極短的時(shí)間內(nèi)消失，只是有所衰減。由于變頻轉(zhuǎn)工頻時(shí)間極短，定子線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)依然存在，因此必須充分考慮對(duì)切換過程的影響。圖1 三相異步電機(jī)變頻轉(zhuǎn)工頻相量圖當(dāng)水泵電機(jī)處于變頻運(yùn)行時(shí)，變頻器輸出電壓起始相位具有隨機(jī)性，只是保證了兩相之間的電壓相位差為1200。當(dāng)其輸出頻率上升到50HZ后，我們進(jìn)行變頻轉(zhuǎn)共頻的切換，假設(shè)此時(shí)變頻器三相電壓的某一相為，電動(dòng)機(jī)相應(yīng)一相定子線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為，與之相對(duì)應(yīng)的工業(yè)電網(wǎng)工頻電壓中的一相為 ，它與存在相位差，如圖1所示。切換后，加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的將與電動(dòng)機(jī)定子繞組本身尚存的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行疊加，使得電動(dòng)機(jī)每相定子繞組承受的總的電壓為=+。仔細(xì)觀察圖4-8

5、可知，如果與的相位差在001800之間由增大到，則電動(dòng)機(jī)每相定子繞組承受的總的電壓由增大到。當(dāng)與的相位差在001800之間增大到與同相時(shí)，這種疊加最為強(qiáng)烈，電動(dòng)機(jī)每相定子繞組承受的總的電壓大小直接變?yōu)閁2+E1，這個(gè)電壓已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電動(dòng)機(jī)可以承受的額定電壓，它將引起電機(jī)電流過大、絕緣嚴(yán)重受損等諸多嚴(yán)重問題。因此，大功率電機(jī)切換過程中變頻電源和工業(yè)電網(wǎng)工頻電源的相位是否一致是切換成功與否的關(guān)鍵因素。 3解決思路根據(jù)上面的分析，大功率三相異步電動(dòng)機(jī)由變頻電源到工業(yè)電網(wǎng)工頻電源切換成功與否關(guān)鍵是在于切換時(shí)機(jī)的把握上。如圖1所示，如果我們把與-同相位這一瞬間作為切換時(shí)刻，此時(shí)與的相位相反，定子繞組承受的總電壓大小|=|+|= U2-E1將是最小，這一瞬間進(jìn)行切換，將會(huì)實(shí)現(xiàn)變頻轉(zhuǎn)工頻的最佳切換。但是，這種最佳切換實(shí)現(xiàn)起來比較困難，主要在于檢測(cè)比較困難。既然最佳切換不容易實(shí)現(xiàn)，那么我們退而求其次，如果我們把與同相位這一瞬間作為切換時(shí)刻，觀察圖1的相量圖可知，此時(shí)定子繞組承受的總電壓=+雖然不如最佳切換時(shí)的總電壓|=|+|= U2-E1小，但也將是非常小的，