变频擂台第60期擂台——电机的频率和功率的关系问题
该擂台贴来自 都晓 的一个贴《电机频率和功率有关系吗》:http://bbs.gongkong.com/Details/201112/2011121818055200001-1.shtml,在此对 都晓、电X 表示感谢!
众所周知,电机的额定功率是电机在额定电压、额定频率下的功率。那么电机的频率和功率有关系吗?电机在非额定频率下的功率该怎么计算呢? 假如10KW电机,变频频率25HZ,功率是一半吗?在本期擂台中,我们就来讨论一下电机的频率和功率的关系问题:
1、存在电机的频率(包括频率而不仅限于频率)与功率的理论计算公式吗?如果存在,请列举。
2、在电机实际运行过程中,功率与频率之外的什么参数还有关系?请详细阐述。
3、电机运行在不同频率下的实际功率该怎样测量?请列举详细的测量方法。
4、针对以上要求,进行详细阐述。最好能有图片说明,如果能以某品牌举例说明更佳。列举得最全的、阐述得最详细的、原创最多的,作为一等奖。
变频擂台每周一期,本期擂台的最晚结贴时间为:2011年12月25日。
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要使普通电动机的磁通保持一定,避免弱磁和磁饱和现象的产生,频率下降时电压V也成比例下降。而输出功率与电压将成正比变化。通用变频器一般采用V/f控制,即变压变频(VVVF)方式调速,而V/f关系曲线与电机特性、负载特性有关。
电机有普通电机与变频专用电机两大类。两者磁回路饱和特性与绕组耐压不尽相同。
负载基本上可分为恒转矩负载、恒功率负载以及平方转矩负载等三类。恒转矩负载其所需转矩基本不受速度变化的影响(T=定值),对于该类负载,变频器的整个工作区最好运行在基频以下,这时变频器的输出特性正好能满足负载的要求。恒功率负载在转速越高时,所需转矩越小(T×N=定值),对于恒功率负载来说,电机的工作频率若运行在基频以上,其所要求的机械特性将与变频器的输出特性相吻合。至于平方转矩负载,它所要求的转矩与转速的平方成正比(T/N2=定值),电机应运行在基频以下较为合理。需要注意的是:平方转矩负载的工作频率绝不能超过工频(除非变频器容量大一个等级)。否则变频器与电机将严重过载.
对于容积式压缩机或鼓风机,在工艺系统压力不变的情况下(恒压控制模式),电机的输出功率与频率成正比关系。+ Y( w; C% C1 R& ^6 }
对于离心式水泵、鼓风等平方转矩的设备,输出功率(轴功率)是转速(频率)的3次方比例关系。
好吧,让我来理一理这个问题的思路吧。
1、电机的功率一般都是指额定电压,额定频率下的功率,即额定功率。在上述条件下,还有功率因数,和不同借法下的额定电流,额定转速等数据。电机的功率一般是指电功率P=1.732*U*I,U、I均为线电压、线电流而不管是三角形接法还是星形接法,电机的输出功率则是指轴功率,轴功率一般不好直接测量,而输出轴的转矩则很容易测量,轴功率与转矩的关系如下PM=(n/9550)*T此处PM是轴功率(kw)、n电机转速(RPM,每分钟转速)、T输出转矩(Nm),电机的效率=PM/P。
2、以后讨论我们集中于应用中的问题,而不考虑电机的复杂数学模型。
3、电机稳定运行的条件,应优先考虑磁场的恒定,尽可能保证恒定磁通,当然在功率一定的情况下,如果输出转矩不是很大,也应该容许弱磁调节来调节转速。
对于楼主提出的问题由于还是有点复杂,我拟分别解答。
在实际的应用中,我们有这样的经验,负载重时,电机的电流会增大。尤其是恒定电压频率下只能如此。道理很简单,因为负载加大(指转矩),在一定电源频率下,转速不会降多少,基本不变(如果电机功率还足以应付负载变化)。PM增加,电功率P也增加,根据P=1.732*U*I*功率因数(上节遗漏),电流自然应该增加,这也是通常说负载是指电流的大小的缘故。当然根据我上次的提示,能不能电流不增加呢。实际是可以的,如果负载增加要电功率不增加,电流不变,只要电机转速降下来就可以了,那么降电源频率降低,交流电机的转速,就降下来了。但是实际情况较这个要复杂,因而变频器都设有负载特性选项,
楼主的第一个问题:存在电机的频率(包括频率而不仅限于频率)与功率的理论计算公式吗?如果存在,请列举。
可以这样回答,对于正弦电源,频率不会直接出现在电功率的理论公式中,但是功率因数与频率有复杂的关系。电机实际功率与负载有关系,电机转速与机械功率有关,频率变化直接影响机械功率,从而间接影响电机电功率。应该注意电机的功率从来就不是设定的,在额定功率范围内,它总是随机械功率的变化而变化。负载直接出现在电机的数学模型中。脱离负载条件而谈电机功率实际毫无意义。看来这个问题应该换个方法来谈,我不再在楼主的意义上讨论这个问题。
1、存在电机的频率(包括频率而不仅限于频率)与功率的理论计算公式吗?
查找了《电机拖动》等有关书籍没有相关计算公式,只有三相异步电机定子每相电动势的有效值 : E1=4.44f1N1Φm 式中 :E1--定子每相由气隙磁通感应的电动势的有效值,V ;f1--定子频率,Hz;N1——定子每相绕组有效匝数 ;Φm-每极磁通量
2、在电机实际运行过程中,功率与频率之外的什么参数还有关系?请详细阐述。
电机都输出功率与频率的关系,这主要取决与设备的类型,需根据不同类型的设备、工艺情况进行具体分析,而非电机本身。
比如: 对于容积式压缩机或鼓风机,在工艺系统压力不变的情况下(恒压控制模式),电机的输出功率与频率成正比关系。
对于离心式水泵、鼓风等平方转矩的设备,输出功率(轴功率)是转速(频率)的3次方比例关系。
3、电机运行在不同频率下的实际功率该怎样测量?
P=T*n/9550
T=转矩单位Nm,n分=每分钟转速单位转/分钟
测量了转矩和转速就可以计算功率了
有关系虽没有直接的数学表达式。但这两个公式就可以计算出 电机的频率和功率的关系;n=60f/p;(1)
n----电机转速; f--- 频率; p---电机的磁极对数; N = TX2πn/60; (2) N---电机功率; T---电机转矩; n---电机转速;将1代入2 便得到 N= TX2πf/P.由此看出电机的功率;当转矩一定时。频率与功率成正比。
N=IV 功率等于电流与电压的乘积。与电压。电流有关。电压下降扭矩下降。功率下降。
用测速电机,旋转编码器。测速盘电机的转速进行测量。 测得转速再测量电机转矩就可以计算出电机的功率。