绕线式异步电动机改为变频控制的节能原理浅析

绕线式异步电动机改为变频控制的节能原理浅析在起重行业中，变频控制系统取代老式的常规继电器-接触器控制系统可以实现节能，现从理论上就下面几个方面加以阐述。1.转差率引起的电能损耗。在起重电气控制系统中，原来的拖动设备一般选用的是三相绕线式异步电动机，绕线式异步电动机转子串接起动电阻，即可限制起动时的转子及定子电流，还能增大起动转矩，减少起动时间，绕线转子比笼型转子异步电动机有较好的起动特性，适应于功率较大的重载起动。在改变转子回路的电阻的大小同时，具有一定的调速功能。 图1 绕线式异步电动机转子串接电阻时的机械特性绕线式异步电动机转子回路串接电阻后，从图1机械特性图上可以看到，转差率（）与串入的电阻的大小成正比，在0至1中变化，异步电动机的转速，由于电动机直接接入电网，其频率的大小不变，为50Hz，电机极对数也不变，通过改变接入转子回路电阻的大小，改变来达到起动限流及调速的目的。但这种方式在电机的起动及调速过程中均产生大量的转差功率（）并以发热的形式消耗在转子电路中。理论上计算，转子的损耗功率为式中 转子的损耗功率；转差率；电磁功率；2转子电流；转子电阻；转子串接电阻之和。如忽略机械损耗，则电机输出功率为调速时转子回路的效率为可见绕线式异步电动机当转速低（增高）时，下降，转子损耗增高。如电机转速下降为同步转速的70%时，转子回路的效率下降30%采用改变供电频率的调速方法，可以得到很大的调速范围。由知，当转差率变化不大时，转速基本上正比于供电频率。变频器的使用就是通过改变电机供电频率来实现调速的。在改造原绕线式异步电动机为变频控制时，将转子回路用导线短接，变频器电源输出直接与电机定子回路相接，通过改变频率的控制可使电机获得很好的平滑调速性和有足够硬度的机械特性，避免了由于绕线式电机串电阻，使转差率增大带来的电机损耗，起到节能的目的。 图2 异步电动机变频时的机械特性2.大的起动电流引起的损耗。绕线式异步电动机采用转子回路串电阻起动时，电机的起动电流一般在23倍额定电流，而较大的启动电流，会导致电机的铜损、铁损增大，同时也增加了线损和变压器损耗，对电网的电压波动造成危害。采用变频器后，变频器具有软启动功能，速度平稳增加，还可控制起动电流的大小，一般起动电流设定在1.51.7倍电机额定电流，避免了大启动电流对电网冲击，同时线路电压损失减少，获得降低电能消耗及减少启动惯量对设备运转冲击的效果，延长了设备的使用寿命及减少了维修次数和维修时间。3.提高功率因数节能。电机是由定子绕组和转子绕组通过电磁作用产生力矩而运转。电机线圈绕组对电网而言，呈感性负载，电机在运行时除了消耗有功负荷外，还有无功负荷在电源与电机回路中进行交换，功率因数降低，使线路电流增大，造成了能量的损耗。空载时，定子电流基本上是励磁电流，主要用于无功励磁，所以功率因数低 0.20.3，当负载增加时，定、转子有功分量增加，功率因数随之提高，在额定负荷时功率因数为0.850.89。采用变频调速器后，由于其电路结构已变为ACDCAC，经整流、滤波、逆变后，线路阻抗特性发生了变化,由于变频器中的滤波电容的影响，中和了电机回路中一部分感性负载，使回路中总的电抗值减小，功率因数可达到0.85以上，功率因数得到了提高，设备的利用率也得到提高，使得线路上的电能损耗减小，线路的电压损失减小。4.可靠地检测漏电情况。采用变频控制后，由于变频电机不存在转子外接线问题，变频器本身保护功能很强，变频器一旦检测到所控电机回路有对地漏电、匝间短路、三相输出不平衡，变频器立即保护停机，并且报故障原因，这不仅消除了安全隐患，而且不会因漏电或缺相或短路保护不可靠时造成的不必要的电能损耗。