開(kāi)關(guān)磁阻電機驅動(dòng)系統和變頻器調速電機系統的特性比較
1、基本概念和原理
把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置,以實(shí)現電機的變速運行,稱(chēng)作“變頻器”。該設備首先要把三相或單相交流電變換為直流電,然后再把直流電變換為三相或單相交流電。
交流異步感應電動(dòng)機的轉速公式是:n = f/p*(1-s)*60rpm, (其中 n: 同步速度,f: 電源頻率 ,p: 電機極數,S是轉差率),因此,如想改變此類(lèi)電機轉速n,就需要通過(guò)改變其頻率或極對數或轉差率來(lái)進(jìn)行。而變頻器就是通過(guò)改變電源頻率來(lái)改變此類(lèi)電機轉速的。
所謂“頻率”其實(shí)是電機供電電源的電信號,其值能夠在電機的外面經(jīng)過(guò)調節后再供給電機,這樣電機的旋轉速度就可以被自由的控制了。
變頻器,通過(guò)其運算電路,將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進(jìn)行比較運算,決定其逆變器的輸出電壓、頻率。這樣經(jīng)過(guò)調整的頻率,進(jìn)入電機,從而實(shí)現了電機轉速的變化。改變了電機的運行曲線(xiàn),使電機運行曲線(xiàn)平行下移。
2、基本性能特點(diǎn)
1)變頻器具有調壓、調頻、調速等基本功能,使電機的速度可以無(wú)極調節,因此用對了場(chǎng)合,可以實(shí)現一定的節電。
2)可以使電機以較小的啟動(dòng)電流,獲得較大的啟動(dòng)轉矩,即變頻器可以一定程度的啟動(dòng)重載負荷,具有一定的軟啟動(dòng)性能。
3)功率因數較高
3、使用結果和問(wèn)題
變頻器的興起,滿(mǎn)足了人們對交流電機進(jìn)行可控無(wú)極調速的要求,因此十幾年以來(lái)獲得了很大的發(fā)展。然而,變頻器在我國的使用,是完全的“硬連接”,即電機是電機,變頻器是變頻器,買(mǎi)來(lái)了就用,完全不考慮電機和變頻器的內在匹配性以及和工況的匹配性。而變頻器在西方國家得到了極大的利用,其性能發(fā)揮得淋漓盡致。其顯著(zhù)特點(diǎn)是,特定場(chǎng)合使用特定變頻器,特定電機使用特定變頻器,是完美的“軟連接”。因為,變頻器的種類(lèi)和類(lèi)型很多,技術(shù)形式差異也很大,因此根據不同的負載特性要求和工況要求,科學(xué)分析、測試,然后選擇合適類(lèi)型的電機和變頻器是最為重要的。這一點(diǎn),我們做的很差,相當程度地影響了變頻器優(yōu)勢的發(fā)揮。這是實(shí)際問(wèn)題之一。其次,存在的實(shí)際問(wèn)題還有:
1)低速區效率仍然很差
2)多個(gè)大功率逆變器的高次諧波疊加,容易對電網(wǎng)造成沖擊和污染。
3)大功率電機仍然難于負載啟動(dòng),并不能真正解決軟啟動(dòng)問(wèn)題。
從實(shí)際的節能效果來(lái)看,我國十幾年使用變頻器,節電總量少之又少!因此,僅從實(shí)際的節電結果而言,幾乎可以說(shuō)變頻器是個(gè)“騙局”。(因為變頻器只有在用對了類(lèi)型、用對了場(chǎng)合、用對了工況之后,而且電機和變頻器完美融和后,才能的節電實(shí)現一定。)
二、開(kāi)關(guān)磁阻電機驅動(dòng)系統的基本原理
1、基本概念和原理
開(kāi)關(guān)磁阻電機從結構和原理上是完全不同于交流感應電機的全新的高效電動(dòng)機,是控制電機的一種。
開(kāi)關(guān)磁阻電機驅動(dòng)系統,由電機本體和控制器兩大部分有機構成(兩部分不是獨立的硬連接,而是有機的整體,控制器和電機無(wú)法分離)。其電機部分由于是運用了“磁通總是沿磁阻最小路徑閉合”的原理,故稱(chēng)為磁阻電動(dòng)機,又由于線(xiàn)圈電流通斷、磁通狀態(tài)直接受高頻電子開(kāi)關(guān)控制(IGBT),故稱(chēng)為開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機。
電機部分的物理結構是:
它不依靠定、轉子繞組電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)的相互作用而產(chǎn)生轉矩,而是依靠“磁通總是沿磁阻最小路徑閉合”的原理產(chǎn)生轉矩。所謂“磁阻最小原理”,即:“磁通總是沿著(zhù)磁導最大,磁阻最小的路徑閉合,從而產(chǎn)生磁拉力,進(jìn)而形成磁阻性質(zhì)的電磁轉矩。而磁力線(xiàn)具有力圖縮短磁通路徑以減小磁阻和增大磁導的本性”。
當定子A相磁極軸線(xiàn)OA與轉子磁極軸線(xiàn)Oa不重合時(shí),如圖2,開(kāi)關(guān)S1、S2閉合,A相繞組通電,電動(dòng)機內建立起以OA為軸線(xiàn)的徑向磁場(chǎng),磁通通過(guò)定子軛、定子極、氣隙、轉子極、轉子軛等處閉合。通過(guò)氣隙的磁力線(xiàn)是彎曲的,此時(shí)磁路的磁導小于定、轉子磁極軸線(xiàn)重合時(shí)的磁導,因此,轉子將受到氣 隙中彎曲磁力線(xiàn)的切向磁拉力產(chǎn)生的轉矩的作用,使轉子逆時(shí)針?lè )较蜣D動(dòng),轉子磁極的軸線(xiàn)Oa向定子A相磁極軸線(xiàn)OA趨近。
圖2
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