由變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題是，系統(tǒng)運(yùn)行在低頻區(qū)域時(shí),其性能不夠理想,主要表現(xiàn)在低頻啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,造成系統(tǒng)啟動(dòng)困難甚至無(wú)法啟動(dòng)。由于變頻器的非線性產(chǎn)生的高次諧波，引起電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距脈動(dòng)及電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，并且電動(dòng)機(jī)運(yùn)行噪聲也加大。低頻穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，受電網(wǎng)電壓波動(dòng)或系統(tǒng)負(fù)載的變化及變頻器輸出電壓波形的奇變，將造成電動(dòng)機(jī)的抖動(dòng)。當(dāng)變頻器距電動(dòng)機(jī)距離較大時(shí)及高次諧波對(duì)控制電路的干擾，極易引起電動(dòng)機(jī)的爬行。由于上述各種現(xiàn)象，嚴(yán)重降低由變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)指標(biāo)，本文對(duì)系統(tǒng)的低頻機(jī)械特性和變頻器的低頻特性進(jìn)行分析，提出采取相應(yīng)的措施，以使系統(tǒng)的低頻運(yùn)行特性能得以改善。
1 變頻器低頻機(jī)械特性
1.1 低頻啟動(dòng)特性
異步電動(dòng)機(jī)改變定子頻率F1,即可平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速,但是隨著F1的變化,電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也將發(fā)生改變,尤其是在低頻區(qū)域,根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)距公式:
Temax=3/2{np(U1/W1)2}/{R1/W1+/(R2/W1)2+(LL1+LL2)2} 式中np—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù);
R1—定子每相電阻;
R2—折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻;
LL1—定子每相漏感;
LL2—折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每漏感;
U1—電動(dòng)機(jī)定子每相電壓;
W1—電源角頻率
可見(jiàn)Temax是隨著W1的降低而減小，在低頻時(shí)，R1已不可忽略。Temax將隨著W1的減小而減小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)距也將減小，甚至不能帶動(dòng)負(fù)載。
1.2 低頻穩(wěn)態(tài)特性
電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)距公式如下:
TL=3np(U1/W1)2SW1R2/{(SR1+R2)2+S2W2(LL1+LL2)2 }
在角頻率W1為額定時(shí),R1可以忽略。而在低頻時(shí),R1已不能忽略,故在低頻區(qū)時(shí)由于R1上的壓降所占的比重增加,將無(wú)法維持M的恒定,特別是在電網(wǎng)電壓變化和負(fù)載變化時(shí),系統(tǒng)將出現(xiàn)抖動(dòng)和爬行。
2 變頻器調(diào)速系統(tǒng)低頻特性
2.1 諧波分析
由變頻器構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng),由于變頻器的非線性,電動(dòng)機(jī)定子中除了基波電流外,還有各次諧波電流,由于高次諧波的存在,使電動(dòng)機(jī)損耗和感抗增大,減少了cosφ,從而影響輸出轉(zhuǎn)距,并將產(chǎn)生6倍于基波頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)距。
以電流波形中的5次、7次諧波來(lái)分析，在三相電動(dòng)機(jī)定子電流中的5次諧波頻率為 F5=5F1 (F1為基波電流頻率)，它在電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生空間負(fù)序的磁勢(shì)和磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 n51為基波電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n11的5倍，并且沿著與基波磁場(chǎng)反的方向旋轉(zhuǎn)，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定，并假設(shè)接近n11，這樣由5次諧波磁勢(shì)在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)出6倍于基波頻率的轉(zhuǎn)子電流，此電流與氣隙基波磁勢(shì)的合成作用產(chǎn)生6倍于基波頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)距。
7次諧波所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與基波同相序，但它所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速7倍于基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，故相應(yīng)轉(zhuǎn)子電流諧波與氣隙主磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速也是6倍于基波頻率，也產(chǎn)生一個(gè)6倍于基波頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)距。
以上兩個(gè)6倍于基波頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)距一齊使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)距發(fā)生脈動(dòng)，雖然其平均值為零，但脈動(dòng)轉(zhuǎn)距使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，在低頻運(yùn)行時(shí)影響最大。
2.2 準(zhǔn)方波方式下脈動(dòng)轉(zhuǎn)距的產(chǎn)生
分別設(shè)ψ1、ψ2為定子磁鏈及轉(zhuǎn)子磁鏈的空間矢量，在穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)方波(QSW)運(yùn)行方式時(shí)(橋中晶閘管用1800電角脈沖觸發(fā))ψ1在輸出周期內(nèi)沿著正六邊形的周邊運(yùn)動(dòng)。ψ2沿著與六邊形同心的圓周運(yùn)動(dòng)，在準(zhǔn)方波運(yùn)行方式下ψ1和ψ2運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的，但它們且有重大的區(qū)別，當(dāng)矢量ψ2以恒定定子電壓角速度W1旋轉(zhuǎn)時(shí)，矢量ψ1以恒定的線速度沿正六邊形周邊運(yùn)行，矢量ψ1線速度恒定導(dǎo)致其角速度的變化，進(jìn)而引起ψ1和ψ2的夾角δ變化，除此，當(dāng)ψ1沿著六角形軌跡移動(dòng)時(shí)其幅值在一定程度上也有變化。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，由于處于穩(wěn)態(tài)ψ1與ψ2的夾角與轉(zhuǎn)距T在W1t=0、π/6、π/3時(shí)為零，而當(dāng)W1T≠0、π/6、π/3時(shí)，δ不為零，它與上面提到的ψ1幅值變化一起引起低頻轉(zhuǎn)距脈動(dòng)，其頻率為定子電壓基波的6倍，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí)對(duì)應(yīng)于一個(gè)恒定的δ均值，低頻轉(zhuǎn)距脈動(dòng)將疊加于恒定轉(zhuǎn)距均值之上。
3 系統(tǒng)低頻特性改善措施
3.1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)距的提升
由于系統(tǒng)在低頻時(shí)R1上的壓降影響,使系統(tǒng)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)距隨W1下降而減小,為此變頻器設(shè)有轉(zhuǎn)距提升功能,該功能可以調(diào)整低頻區(qū)域電動(dòng)機(jī)的力矩,使之與負(fù)荷配合,增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)距。可選擇自動(dòng)轉(zhuǎn)距提升和手動(dòng)轉(zhuǎn)距提升模式，其原理是提升定子電壓也就相應(yīng)提高了啟動(dòng)轉(zhuǎn)距，但提升電壓設(shè)置過(guò)高，將導(dǎo)致電流過(guò)大引起電動(dòng)機(jī)飽和、過(guò)熱或過(guò)電流跳閘。如1336PLUS系列變頻器的轉(zhuǎn)距提升功能，可自動(dòng)調(diào)整提升電壓，以產(chǎn)生所需的電壓，可根據(jù)預(yù)定轉(zhuǎn)距所需的電流來(lái)選擇提升電壓，轉(zhuǎn)距提升在控制電流的同時(shí)使電動(dòng)機(jī)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，在選擇手動(dòng)轉(zhuǎn)距提升時(shí)，要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)設(shè)定轉(zhuǎn)距提升值。
3.2 改善低頻轉(zhuǎn)距脈動(dòng)
變頻器構(gòu)成的交流調(diào)速系統(tǒng)的低頻轉(zhuǎn)距脈動(dòng)直接影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性,不論是變頻器的生產(chǎn)廠和系統(tǒng)集成的工程技術(shù)人員,都在盡力于改善低頻區(qū)脈動(dòng)這一技術(shù)問(wèn)題.如采用磁通控制方式、正弦波PWM控制方式，它不是按照調(diào)制正弦波和載波的交點(diǎn)來(lái)控制GTR的導(dǎo)通和關(guān)斷，而是始終使異步電動(dòng)機(jī)的磁通接近正弦波，旋轉(zhuǎn)
