（已结贴）变频擂台第105期——弱磁调速下异步电动机的转矩及功率特性 点击：2430 | 回复：16
本期擂台——弱磁调速下异步电动机的转矩及功率特性
在弱磁调速下, 异步电动机变频系统电磁转矩控制的非线性特性、以及系统最大输出电压和电流的限制, 使得转矩和功率控制异常复杂。
请各位擂友根据弱磁调速区间内最大电磁转矩与电动机参数、系统电压电流约束之间的关系，以及如何改善控制性能所需的系统最大电磁转矩和最大功率随定子同步频率以及最大电流约束变化的关系来分析弱磁调速下异步电动机的转矩及功率特性。
希望各位擂友各抒己见，我们支持原创，更支持理论推导，最好能用曲线来描述其特性。
本期擂台的最晚结贴时间为：2013年6月30日。
奖项设置：一等50MP 1名 二等10MP 2名 三等5MP 3名 鼓励奖若干 各50积分
MP介绍：gongkongMP即工控币，是中国工控网的用户积分与回馈系统的一个网络虚拟计价单位，类似于大家熟悉的QB，1个MP=1元人民币。
,异步电动机在额定频率以上的弱磁运行具有恒功率调速的特性,但在交流变频器驱动电机运行时,由于变频器最大输出电压和最大输出电流的限制(以下简称为电压电流限制),此时的调速特性远比一般所述的“恒功率特性”复杂。然而,从系统实现的角度出发,如果采用具有转矩控制内环的结构,由于弱磁运行时电磁转矩控制环和磁链控制环之间不再解耦,系统需要实时求取电压电流限制下随速度变化的电磁转矩指令以及励磁电流指令。此时的系统控制框图可用图1表示,励磁电流指令的求取如图中阴影部分所示,需要求解一个由多个变量构成的超越方程。由于算法十分复杂,基于现有的实时控制器难以实现。其基本思想是:假定调速过程中弱磁变化缓慢,从而可以基于转子磁场定向条件下的电机模型分析问题;首先基于系统电压、电流限制给出弱磁调速范围内对应同步频率所能产生最大电磁转矩的励磁电流曲线;然后在实时系统中依此曲线给出励磁电流指令
交流磁通产生原理：
Φ=k·E/f
其中： Φ为气隙磁通幅值，k为常数，E为感应电动势，f为输出频率。
在变频器对异步电机的调速中，当变频器的输出频率高于电机额定频率时，电机铁芯磁通Φ开始减弱，电机转速高于额定转速，此时我们称电机进入弱磁调速；
变频器对异步电机调速时，一旦进入弱磁调速，变频器输出电压不再改变，一般为电机额定电压。而电机电流增大，超过额定电流，速度增大时电磁转矩减小，电机功率为恒功率，所以有人把弱磁调速又叫做恒功率调速。
前段时间现场有台设备，需要提速才能满足现场工艺掉要求，把电动机一直运行在72HZ，电压增加留，变频器的电流并没有增加，没有到电动机到额定电流，所以可以长期运行。
异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转差率，转矩电流，效率，功率因数等随输出功率变化的关系曲线。
一、转差率特性
随着负载功率的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。
二、转矩特性
异步电动机的输出转矩：
转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。
转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直线）
三、电流特性
空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。
四、效率特性
其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变；
效率曲线有最大值，可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。
异步电动机额定效率载74-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处。
五、功率因数特性
空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低；
随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；
在额定功率附近，功率因数达到最大值。
如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。
一般认为，异步电动机在额定频率以上的弱磁运行类似于他励直流电动机的弱磁调速，即具有恒功率调速的特性[1-3]。但由于异步电动机电磁转矩与同步转速之间的非线性关系，以及实际应用中给电动机供电的交流变频器具有最大输出电压和电流限制，异步电动机弱磁运行时的调速特性实际上比较复杂。
“恒电压幅值频率比控制”（以下简称V/ F 控制）时，电磁转矩以及电磁功率的输出取决于负载的大小。由于励磁电流无法独立地控制，在额定频率以上调速时异步电动机只能随着同步角频率的升高而被动弱磁，因此需要分析清楚在上述约束条件下的转矩特性。
“恒电压幅值频率比控制”（以下简称V/ F 控制）时，电磁转矩以及电磁功率的输出取决于负载的大小。由于励磁电流无法独立地控制，在额定频率以上调速时异步电动机只能随着同步角频率的升高而被动弱磁，因此需要分析清楚在上述约束条件下的转矩特性。
交流磁通产生原理：
Φ=k·E/f
其中： Φ为气隙磁通幅值，k为常数，E为感应电动势，f为输出频率。
何为弱磁调速
1、在直流电机理论中，改变直流电机转速的方法有：改变电枢电压调速，还有就是减小电枢电阻、减弱主极磁通Φ调速；
2、在变频器对异步电机的调速中，当变频器的输出频率高于电机额定频率时，电机铁芯磁通Φ开始减弱，电机转速高于额定转速，此时我们称电机进入弱磁调速；
3、变频器对异步电机调速时，一旦进入弱磁调速，变频器输出电压不再改变，一般为电机额定电压。而电机电流增大，超过额定电流，速度增大时电磁转矩减小，电机功率为恒功率，所以有人把弱磁调速又叫做恒功率调速。
弱磁调速的目的与方法
1、在额定转速以上，为了不产生过流或过载；
2、电机在弱磁调速运行时，只有保证转矩M与转速n成反比，即恒功率P运行，电流才基本不变保持额定电流；
因为：U = 4.44fNΦ , M ≈IΦ ，M = P/n ；
如：f增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2 ，n增大2倍，这个过程中电压U不变，电流I不变，频率f增大2倍，n增大2倍，Φ缩小1/2，M缩小1/2，功率P不变 。
弱磁调速注意点
理论情况是，进入弱磁调速，电机电流变化情况与负载性质有关，恒功率P运行，电流基本不变保持额定电流。实际工程应用中，一般变频－异步电动机交流调速系统的最大电流出现在满载启动的时刻，进入弱磁区的电机电流不会比最大启动电流大。由于负载性质的不同，电流增大、功率增大的情况是经常的，这时要防止电机过流或过载。
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