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大马拉小车的节能问题

0 引言时至今日,知道变频调速的人已经相当的普遍了。大多数人一提起变频调速,总是能和节能挂起钩来。近年来,尽管我国在能源开发方面进展迅速,但还

0 导言

时至今日,知道变频调速的人现已恰当的遍及了。大多数人一提起变频调速,总是能和节能挂起钩来。近年来,尽管我国在能源开发方面发展敏捷,但仍是跟不上需求的添加,节能问题一直处于恰当杰出的方位。

变频调速之所以节能,首要在于把全速运转中糟蹋的电能节省了下来。尤其是闭环调速体系,如恒压供水体系等,完成了按需拖动,简直彻底消除了拖动体系在运转过程中的糟蹋。这是从大的方面完成了节能,但并不等于节能潜力现已发掘洁净了。事实上,在许多场合,还存在着大马拉小车的现象,在这一方面,还大有潜力。本文专就大马拉小车的节能技巧问题作一讨论。

1 大马拉小车的根本剖析

当负载所需的功率远小于电动机的额外功率,或许负载折算到电动机轴上的转矩远小于电动机的额外转矩时,一般称之为大马拉小车。

1.1 大马拉小车时的反电动势

电动机定子侧的电动势平衡方程

1.2 大马拉小车时的磁通

1.3 大马拉小车时的励磁电流

1.4 大马拉小车存在的问题

1.4.1 功率因数变差

电动机的电流平衡方程是

图2所示,是大略的电流矢量图。图2(a)是额外状况时的景象。

轻载时,转子的折算电流小了,而励磁电流大了。成果,合成为定子电流后,和电压的相位差角增大了,而功率因数则变小了,如图2(b)所示。

1.4.2 功率下降

磁通的添加,将增大铁心的磁滞丢失和涡流丢失,使损耗功率的相对值增大,功率下降。

1.5 大马拉小车的界定

有关材料标明,异步电动机的最高功率发生在负荷率为0.7~0.85 的时分,其功率曲线如图3 所示,图中的横坐标是电动机的负荷率,其计算式为

2 变频器的节能技巧

由以上剖析,大马拉小车的成果,首要反映在反电动势增大。明显,假如恰当减小电源电压,反电动势就能够随之减小。由式(4),磁通就能够康复到接

近于额外值。

因而,大马拉小车节能的根本途径,便是恰当下降电压。而在使用变频器的场合,节能的办法更是灵活多样。

2.1 作业频率为50 Hz时的节能办法

图4(a)所示,是大马拉小车的典型比如:当运转频率为50 Hz时,电动机的额外容量是110 kW,而负载实践所需功率只要70 kW。

针对这种状况,下降电压的办法是加大根本频率。如图4(b)所示,如把根本频率加大为60 Hz,则60 Hz对应于额外电压380 V,而在50 Hz 时得到的电压只要317 V。

2.2 低频运转时的节能办法

二次方负载在低速运转时,极易呈现大马拉小车的状况。如图5 所示,曲线①是负载的机械特性,曲线②是电动机的天然机械特性,额外转矩为TMN。在全速运转时,负载转矩等于TLN,与电动机的额外转矩非常挨近。曲线③是电动机在低频运转时的机械特性,有用转矩为TEA,而负载转矩为TLD,比电动机的有用转矩小得多,所以电动机处于大马拉小车的状况。

针对上述现象,节能的根本办法如下所述。

2.2.1 预置低励磁U/f比

各种变频器都设置了低励磁U/f比功用。即在低频运转时,减小U/f比,使U/f线如图5(b)中的曲线④′(曲线④为根本U/f线)所示,曲线④′一般称为低励磁U/f线。由图知,当频率为fA时,电压从UA下降为UA′。这时,电动机的磁通比额外磁通还要小,然后下降了有用转矩,使之更挨近于负载转矩。

下降电压后的机械特性如图5 (a)中的曲线③′所示,电动机的有用转矩减小为TEA′,和负载转矩TLD之间的距离减小了,然后缓解了“大马拉小车”的问题。

2.2.2 主动查找最佳作业点

变频器能够恣意预置U/f比的特色,恰当于在某一频率下,能够恣意改动其作业电压。在恣意改动其作业电压时,电流的改变规则便是电动机的电流-电压曲线,如图6 所示。

当电压偏低时,尽管磁通减小,可是励磁电流却改变不大;

另一方面,因为电动机电磁转矩的巨细取决于转子电流和磁通的乘积,即

反之,当电压偏高时,一方面,因为磁通的增大,转子电流略有减小;另一方面,电动机的磁路趋向饱满,成果是励磁电流大幅度添加,在合成为定子电流

时,也使定子电流添加,如图6(a)中的A″点所示。

归纳上述,得到完好的电流- 电压曲线如图6(a)所示。图中的A 点称为最佳作业点。

当负载增大时,电动机的电流和所需电压都将增大,最佳作业点向右上方移动,电流- 电压曲线也将随之移动,如图6(b)中的曲线②和曲线③所示。相应的最佳作业点如B 点和C 点所示。

某些变频器具有主动查找最佳作业点的功用,能够在任何状况下,使运转电流为最小值,然后得到比较抱负的节能作用。

3 隐形的大马拉小车现象

3.1 上限频率太低

有的用户首要使用变频器来降速,上限频率往往预置得很低。这实践上也是一种大马拉小车。

因为当上限频率低于根本频率时,电动机的有用输出功率是要减小的。

图7所示,是一个上限频率只要30 Hz 的实例。

电动机的额外容量为75 kW,但当运转在30 Hz时,其有用功率为

3.2 机械调速带恒转矩负载

机械调速大多选用齿轮箱,也有机械的无级调速器。因为驱动电动机的功率是稳定的,依据能量守恒的原理,调速器输出轴的功率也是稳定的。所以,机械调速器输出轴的机械特性具有恒功率特色,即高速时转矩小、低速时转矩大,如图8(b)中的曲线②所示。

假如用机械调速器来拖动恒转矩负载,负载的机械特性如图8(b)中的曲线①所示。

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