变频调速系统的效率分析

2018-01-31

1、变频器的效率与损耗

变频器效率是指其本身变换效率。就变频器的两种形式而言。

交-交变频器尽管效率较高,但调频范围受到限制,应用受到限制,目前通用的变频器主要是交-直-交型,其工作原理是先把工频交流电通过整流器变换成直流,然后用逆变器再变换成所需频率的交流电。所以无锡伟创变频器的损耗有三部分组成,整流损耗约占40%,逆变损耗约占50%,控制回路损耗占10%。其前两项损耗是随着变频器的容量、负荷、拓扑结构的不同而变化的,而控制回路损耗不随变频器容量、负荷而变化。

变频器采用大功率自关断开关器件等现代电力电子技术,其整流损耗、逆变损耗等都比传统电子技术中整流损耗力量小,变频器在额定状态运行时,其效率为8*%~96%,随着变频器功率增大而得以提高。

2、变频调速后电动机效率的变化

变频调速后,电动机的各种损耗和效率均有所变化,根据电机学理论,电动机的损耗可分为铁芯损耗、轴承摩擦损耗、风阻损耗、定子绕组铜耗、转子绕组铜耗、杂散损耗等几种。

3、铁芯中的磁滞损耗表达式为:

说明磁滞损耗Pn与磁通的交变频率f成正比,与磁通密度的幅值Bm的α次方成正比,α对于一般硅钢片,当Bm=0.8~1.6W/m2时,α=2。由风机和泵类理论,其流量Q与所需电动机轴功率P与转速n的关系为: Q∝n; P∝n3; P∝Q3变频调速后,磁滞损耗减少速度比电动机有功减少,速度慢,损耗所占比例有所提高。涡流损耗表达式为: Pe∝af2;式中a=(Bm)2d2/rw; Bm磁通密度的幅值Bm; d铁心厚度; rw涡流回路等效电阻。轴承摩擦损耗: Pz∝f1.5风阻损耗: Pf∝f3

4、定子绕组铜耗和转子绕组铜耗其大小与电源频率f没有直接关系,但高次谐波及脉动电流增加了电动机的铜耗。杂散损耗及附加损耗:不论何种形式的变频器,变频后除基波外,都产生现谐波,这些附加的高次谐波,许多谐波的转矩方向是与基波转矩方向相反的,另外高次谐波也会增加涡流损耗。

综上所述,变频调速后,电动机的磁滞损耗、涡流损耗、轴承摩擦损耗、定转子铜损及杂散损耗在功率中所占比例都有所增加,有关文献指出,变频调速后电动机电流增加10%,温升增加20%。

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