交流变频调速电机最低工作频率分析

王君实，徐景伟

(1大庆延峰江森汽车部件系统有限公司，黑龙江大庆 163311; 2北满特钢有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 161041)

交流变频调速电机最低工作频率分析

王君实1，徐景伟2

(1大庆延峰江森汽车部件系统有限公司，黑龙江大庆 163311; 2北满特钢有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔 161041)

分析了电力拖动系统速度调节的基本技术指标。讨论了交流电动机实现变频调速的方法，指出该方法近似正弦波在较低频率下工作的不利因素，提出最低工作频率最好要高于5Hz以上。对从事变流变频调速的设计研究人员和现场维修管理的电气技术人员有一定参考价值和实用意义。

交流变频调速;技术指标;最低工作频率

0 引言

由于现代电子技术和计算机技术在自动电力拖动系统中的应用，使得自动电力拖动及其控制技术有了飞速发展，特别是交流变频调速技术的推广应用，加速了鼠笼型异步电动机变频调速在工农业生产中起到的重要作用。由于其结构简单、维护方便、运行可靠深受广大用户欢迎，使异步电动机调速系统在自动电力拖动领域中占的比重越来越大，因而对其设计研究受到了广大科技人员和运行使用人员的重视。本文仅就交流变频调速系统工作在较低频率情况下做以分析讨论。

1 基本技术指标

电动机调速性能基本技术指标有速速范围、

式中，D—调速范围，通常交流变频调速用到1:50，在特殊情况下还可以高;nmax—最高转数; nH—最低转数。

静差率是指电动机运行在某一机械特性线上，额定负载时转数降落与理想空载转数n0之比静差率和过载能力。调速范围是指额定负载下最高转数与最低转数之比。

过载能力是指电动机的负载或电源频率变化时保证机械特性的刚度，此时因负载增加而使其转数波动尽快回复到要求之稳定转数的能力。

上述几项指标是生产机械对自动电力拖动系统的基本要求。当然对不同的生产机械或不同的负载对象是不一样的，对数控机床或工业机器人的控制要求是较高的，通常都是采用高精度、高灵敏传感器，高性能电动机和精密机械传动系统组成的闭环自动控制系统来完成。若系统用交流变频调速驱动，当然对频率调节控制要求较严格，而运行在交流低频段就更当加以重视。

2 低频调速分析

为满足上面提出的主要技术指标，在交流变频调速的低频段通常是难以保证的，一些学者们做了很多努力来克服低频段出现的定子磁通饱和、散热不利等问题。但是频率过低亦不甚理想。

三相交流电动机当定子加上对称三相正弦波交流电压时每相绕组电势平衡方程为

式中，E—定子相电电势有效值;fs—供电电源频率;ws1—定子绕组每相串联匝数;K—基波绕组系数;φm—磁通。

在电机结构确定时，式(3)可简化为

从式(5)可知，如果加在定子绕组上的电压值不变时，当定子电源的频率fs降低势必导致φm增加使等式平衡，而只有激磁电流增加方能使φm增加，近而导致磁饱和，使电机损耗加大，如热增加，输出转矩降低，甚至使电机难以正常工作，为此，们想出在频率降低时使电压幅值亦降低保持Us/fs为一常数，以使激磁电流不致过大，通称恒压频比法。但这在定子频率10Hz左右尚可，而频率过低，若低于5Hz以下时就不甚理想，很难满足上述的调速技术指标，系统难以保证正常工作。故此我们认为:交流变频调速的最低工作频率最好高于5Hz，有的学者提出工作在3Hz甚至1Hz，这是很不理想的，这满足不了要求的静差和过载能力。

工业企业中多采用静止变频装置来实现交流变频调速，这样的变频方法输出的交流电压波形不是标准的正弦波，而是由矩形方波来近似正弦波，当工作在较低频率时，方波与正弦波之近似程度差之较大，其谐波对供电品质影响也不可轻视。俄罗斯学者用富氏级数对频率在5Hz以下矩形方波进行了分析研究指出，奇次谐波对输出电压幅值影响较大，当工作频率为5Hz时，11次、13次、15次、17次谐波对电压幅值影响约占10%～15%;而当工作频率为1Hz时，5次和7次谐波对输出电压波形影响比例较大，从频谱分析，谐波次数越低者其幅值较大，对输出电压影响亦大，而当谐波次数越高时其幅值越小，对输出电压影响次之。尽管有谐波环节，不难避免低次谐波的影响。当变频装置输出频率为1Hz或3Hz时，其输出电压波形受谐波影响较重，在此种情况下运行的电动机当然是不理想的。况且在工业企业中生产车间工作电压多受大功率电动机起动电弧炼钢炉点弧、断弧等因素影响，使电压波动较大，这对工作在较低频率下电动机的输出转矩之影响甚大。因为电动机输出转矩与电压平方成正比。在采用恒压频法调速，当电动机工作在3Hz时，其相电压仅为3～4V，若工作在1Hz时即变更小了，当然其输出转矩要小得多了。静差率和过载能力均为不佳，这样自动电力拖动系统很难保证电动机正常运行。

3 结语

交流变频调速是一种很好的调速方法，但对工业与民用变频调速装置不要追求用较低的工作频率来实现扩大电气调速范围和节能指标。我们认为最低工作频率最好要大于5Hz，不提倡工作在3Hz甚至1Hz的很低频率。因为这样很难达到电气调速的基本指标，保证不了自动电力拖动系统的品质，满足不了生产机械对电气传动系统的要求。

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［6］闫丹．闫红．变频电源供电变频调速电动机．防爆电机，2014．2．

Analysis on the Lowest Operating Frequency of AC Variable-Frequency Adjustable-Speed Motor

Wang Junshi and Xu Jingwei
(1．Daqing Yanfeng Johnson controls Autonmotive components co．，Led Daqing 163311，China;2．Beiman Special Steel Co．，Ltd．，Qiqihaer 161041，China)

This paper analyzes basic technical indicators of the electric driving system．Method for AC motor to realize variable-frequency adjustable-speed is discussed，disadvantage of this method when working at lower sinusoidal frequency is indicated，the proposed that the lowest operating frequency is better to be higher than 5Hz．It has reference value and practical significance for design researcher worked for AC variable-frequency adjustable-speed and electrical technician worked for on-site maintenance．

AC variable-frequency adjustable-speed;technical index;the lowest work frequency

10．3969/J．ISSN．1008-7281．2015．05．10

TM301．2

A

1008-7281(2015)05-0033-002

王君实 男 1987年生;毕业于东北农业大学电气自动化专业，现从事电气自动控制工作．

2015-06-14