異步機調速的轉速公式及轉差率
時間:2009-04-02 14:03:17來源:hesp
導語:?電機學沒有象直流機那樣利用理想空載轉速和轉速降來表達轉速,轉速的刻化是借助同步轉速n1和轉差率S。然而作為電動機的一種,異步機轉速事實上同樣是由理想空載轉速n0和轉速降Δn 構成
引言:
對于異步機,電機學沒有象直流機那樣利用理想空載轉速和轉速降來表達轉速,轉速的刻化是借助同步轉速n1和轉差率S。然而作為電動機的一種,異步機轉速事實上同樣是由理想空載轉速n0和轉速降Δn 構成,這是由電動機機械特性的普遍規律所決定的,也是電動機轉速的普遍表達形式。
異步機的同步轉速是主磁場的變化速度并非機械運動,不能簡單地認定為理想空載轉速;轉差率是實際轉速與同步轉速的關系式,與理想空載轉速無關,更不能把轉差率等同于轉速降。于是深入分析異步機理想空載轉速、轉速降及其與同步轉速、轉差率的關系,進而找出調速轉速的規律是十分重要的。
也許是受上述問題的影響,目前交流調速理論多認為異步機調速的出路在于改變同步轉速,對于改變轉差率調速則不以為然,理由是只有前者才能獲得高效率、高性能的調速。例如文獻3提出:“變頻調速方法與變轉差調速方法有本質不同,從高速到低速都可以保持有限的轉差率,因而變頻調速具有高效率、寬范圍和高精度的調速性能。可以認為,變頻調速是交流電動機的一種比較合理和理想的調速方法”。然而深入的研究和實踐卻表明:異步機調速效率和性能并不決定于同步轉速和轉差率,高效率調速的唯一特征是改變理想空載轉速,同步轉速不是理想空載轉速的唯一決定量。變轉差率調速方案中也同樣有改變理想空載轉速的高效率調速。本文為此提出討論意見,希望引起有關各界的關注。
異步機轉速公式的質疑公式是客觀規律的數學表達形式,它只能產生于已有的定律、公式,而不能產生于人為的定義。
經典電機學的異步機轉速公式是這樣建立的。
首先定義轉差率令 S=(n1-n)/n1 (1) 式中: n1為同步轉速為電機轉速顯然,式1是定義式而非公式由式1,經代數變換得·(1-S) (2)可見式2仍然是定義式,它只不過是式1的另外一種表達形式。
又,由于(3)這是公式,將式3代入定義式2,于是·(1-S) (4)我們注意到,式4與式2沒有本質變化,盡管式3是公式,但它僅僅起到參數變換作用,并沒有改變式1、2的定義式性質。因此,我們認為的轉速公式4只不過是人為的定義式,在沒有經過公式化論證之前,是不能稱其為公式的。
、電機轉速的通用公式異步機轉速公式應該嚴格遵循相關的定理和公式推導得出。作為電動機的一種,異步機轉速必然遵循電機轉速的普遍規律。
根據動力學,電動機的轉速可普遍表為Ω=PM/M (5)式中:Ω 電動機角速度—— 機械功率—— 電磁轉矩按電機能量轉換守恒,調速狀態下電動機的轉子(或電樞)功率方程為ΣPem-Σ△P2 (6)式中: ΣPem——凈電磁功率Σ△P2 凈損耗功率因此電機轉速為Ω=ΣPem/M-Σ△Ωok-ΔΩ (7)其中:Ω=ΣPem/M 稱為調速理想空載轉速ΔΩ=Σ△P2/M 稱為轉速降可見,電機轉速均可表達為理想空載轉速與轉速降差值。其中,理想空載轉速決定于轉子(或電樞)的凈電磁功率,轉速降則決定于凈損耗功率。電機調速有改變理想空載轉速和轉速降兩種方法,異步機的同步轉速與電機轉速沒有直接、必然的聯系。
理想空載轉速與凈電磁功率理想空載轉速的含義是:假定在無損耗的理想狀態下,電機的全部電磁功率都轉化為機械功率所能獲得的速度。由于這種假設只有在理想空載條件下才能實現,故稱理想空載轉速。
在轉矩平衡條件下,理想空載轉速取決于轉子(或電樞)的凈電磁功率并與其成正比,考慮到調速的普遍情況,凈電磁功率應為Σ±Pes (8)式中Pem為電磁感應輸送的電磁功率,Pes為轉子控制調速的電傳導附加功率。當Pes由外部饋入轉子時符號取正,它將使轉子凈電磁功率增大,實現超同步調速。而當Pes自轉子饋出,則符號取負,它使轉子凈電磁功率減小,調速為低同步。
由式8決定的理想空載轉速為Ωok=(Pem±Pes)/M (9)公式9表明,電機調速時的理想空載轉速可以通過Pem和Pes的控制是到改變。
式9可以寫成Ωok=Pem/M±Ω0 ±Ωk (10)其中Ω0為Pem單獨作用下的理想空載轉速,ΩK為Pes引起的附加理想空載轉速,如果不考慮ΩK的符號Ωk=Ω0 – Ω(Ω0 – Ωok)/ Ω0·Ω·Ω0 (11)其中(Ω0 – Ωok)/ Ω(n0-n)/n0 (12)稱為電轉差率,于是有Ωok=(1±SK)Ω及 nok=(1±SK)n0 (13)對于自然運行的理想空載轉速Ω0,按電機學有Ω0 =Pem/M (14)且Φ2 (15)ΦmI2COSΦ2 (16)可得Ω0=2π折算成每分鐘轉速π·Ω(19)說明自然運行狀態下的異步機理想空載轉速與同步轉速相等,將式18代入式12,異步機調速的理想空載轉速為(1±SK)·60f1/p (20)、轉速降與靜差率調速狀態的轉速降為ΔΩ=Ωok-Ω或 Δ(nok –n)/ nok ·(21)式中j= (nok –n)/ nok 稱為靜差率,該式表明,轉速降與靜差率成正比,可以證明,凈損耗功率亦正比于靜差率,即ΣΔP2=jΣPem (22)故凈損耗功率亦稱靜差功率。
同樣亦可證明,(23)附加電功率故亦稱電轉差功率。
回顧電機學中的轉差功率,由(n1-n)及可得轉差功率系指電磁功率與機械功率的差值。對于轉差功率的成份屬性,表達式沒有加以區分,這樣就混淆了電功率和損耗功率對電機轉速的不同作用。顯然,電轉差功率影響的是理想空載轉速,而靜差功率影響的是轉速降,前者調速效率高屬節能型,后者使調速效率降低屬耗能型,而且調速的機械特性也完全不同,前者為改變理想空載轉速點的平行曲線族,后者為理想空載轉速點不變的匯交曲線族。可見籠統地用轉差率和轉差功率是無法準確評價調速性能的。例如異步機轉子串電阻和串級調速,兩者均使轉差率改變,但調速效率和特性卻明顯不同。
結論
① 異步機轉速公式由式20、21可表達為(1-j)·(1±SK)·(1-j) (24)
② 凡是高效率的調速,必然是通過凈電磁功率改變理想空載轉速,同步轉速改變與否與調速效率沒有必然聯系。
③ 轉差率應區分為電轉差率和靜差率,前者影響理想空載轉速,后者影響轉速降,改變電轉差率的調速是高效率的,而增大靜差率的調速是低效率的。
④ 電機調速的實質在于功率控制,任何調速方法都必然通過對電機軸功率的控制才能實現轉速調節。
標簽:
中國傳動網版權與免責聲明:凡本網注明[來源:中國傳動網]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權均為中國傳動網(www.hysjfh.com)獨家所有。如需轉載請與0755-82949061聯系。任何媒體、網站或個人轉載使用時須注明來源“中國傳動網”,違反者本網將追究其法律責任。
本網轉載并注明其他來源的稿件,均來自互聯網或業內投稿人士,版權屬于原版權人。轉載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負版權法律責任。