应用与胶带运输机的变频调速系统性能的浅析

　　随着电子学、控制技术和通讯技术的迅速发展，交流变频传动系统在宽调速范围、高稳速精度、快速响应和四象限运行等性能方面已达到了与直流调速相媲美的性能。目前，变频器已迈进了高性能、多功能、小型化和廉价化阶段，变频器在煤矿提升机、锅炉鼓引风机等方面得到了广泛的应用，但在胶带运输机的应用才刚刚起步。因此研究把变频器应用到矿山胶带运输机系统是非常必要的。

　　根据异步电动机的转速n=60f1p（1-s），当其转差率s变化不大时，电动机转速n基本上与电流的频率f1成正比。因此，连续地改变供电电源的频率，就可以平滑地调节异步电动机的运行速度。改变电动机供电电源的频率，可以调节电动机的转速。但当电源频率发生变化时必然会引起电动机其它参数的改变，并不能使异步电动机获得满意的调速特性，尚需配合着调节电压才行。根据电机学的内容，异步电动机定子电路的电压平衡方程式为：U1=E1+I1Z1定子感应电势的有效值为：E1=4.44f1w1Φmkw1式中：f1―为定子频率；w1―为定子的绕组系数；Φm―为主磁通；kw1―为定子绕组每相每条支路的串联匝数；I1―为定子电流；Z1―为定子等效阻抗。

　　在忽略定子阻抗压降的情况下，有：U1≈E1=4.44f1w1Φmkw1∝4f1Φm。由此可见，当f1下降时，旋转磁场的转速n下降，定子绕组的感应电势也下降。如果电网电压U1的大小不变，则U1与E1之间的差值增大，使励磁电流Im增加。由于一般电机在额定频率下工作时，磁路已经接近饱和，所以磁通Φm的增加必然使电机的磁路过分饱和，定子电流的励磁分量Im急剧地增大。其后果是一方面降低了电动机的功率因数，另一方面还影响到电动机的负载能力。与此相反，当频率f1升高而超过额定频率时，气隙磁通将下降，使得Φm小于额定值。因而，在额定的定子电流下，电动机的输出转矩下降，电动机得不到充分利用，造成浪费，这也是我们所不希望的。

　　因此，改变电源频率，必然导致气隙磁通U1的改变，而影响电动机的运行性能。为了避免上述现象，在改变频率调速时，要求随着电源频率的改变，相应改变电网电压U1的大小，以保证电机的气隙磁通Φm不变。U1的大小按什么样的规律变化才是最理想的，通过分析研究认为，在任何类型负载下变频调速时，若都能保持电动机的过载能力不变，即调频后的过载倍数等于额定条件下的过载倍数λm，那么电动机性能就是最理想的。

　　变频系统调速时电动机的机械特性根据电机学中的相关内容，在忽略电阻的情况下电动机的临界转差率与电源频率f1成反比。在恒转矩负载时，电动机的临界转矩保持不变，对应于临界转矩下的速度降也不变。所以恒转矩变频调速时的机械特性基本上是互相平行的。在基频以下，电压随频率降低，磁通Φm基本保持不变的为恒转矩调速时的机械特性；在基频以上，频率升高电压不变，而磁通Φm降低的为恒功率调速时的机械特性。

　　必须指出，当频率f1很低时，由于电阻与电抗相比，已变得不可忽略了，即使保持U1f1＝常数，也不能保证磁通Φm为常数。电阻的作用，相当于在定子电路中串入了一个降压电阻，使得定子电压进一步降低，所以气隙磁通Φm下降。频率f1越低，电阻的影响越大，Mmax（或Mm）下降就越多。为了使低速（或低频）时电动机的临界转矩不致下降，就必须适当地提高定子电压，增大气隙磁通。但这样又会使电动机的励磁电流增大，功率因数下降，因而限制了调速范围的进一步扩大。变频与调压配合的变频系统调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性能高，变f时电压按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求。缺点是恒转矩调速时低速段电动机的过载倍数大为降低，甚至不能带动负载。