变频调速技术替代直流电动机

5.5.1.1 一般情况

在大多数情况下，对于原有的直流调速系统，只需用一台容量和转速接近的异步电动机取代直流电动机，并进行变频调速就可以了，如图5-29所示。图5-29a是变频调速拖动系统，图5-29b是直流电动机拖动系统。

5.5.1.2 特殊情况

1.实例

有一台橡胶机械，采用直流电动机调速，因故障率较高，需要改造成变频调速。

直流电动机的铭牌数据是：75kW、1500r/min、220V、383A。

图5-29 变频调速取代直流电动机

a）变频调速拖动 b）直流电动机拖动

电动机的额定转矩是：

改造成变频调速时，所选三相异步电动机的铭牌数据是：75kW、1480r/min、139.7A。

电动机的额定转矩是：

橡胶机械需要较大的起动转矩，故采用了“有反馈矢量控制”方式。但是，在满载起动时，却怎么也起动不起来。

2.原因分析

直流电动机在没有任何反馈的情况下，随着电枢电压的上升，起动转矩也不断增加，一直到能够起动为止。虽然，起动电流较大，换向器会产生很大的火花。但起动起来后，随着转速的上升。电流将很快下降，换向器的火花也很快恢复正常。一般说来，直流电动机的起动转矩可达额定转矩的2.5倍左右：

T_SD=2.5T_MND=1193.75N·m

另一方面，异步电动机所能产生的最大电磁转矩（临界转矩）也只有额定转矩的（2～2.5）倍左右，起动转矩只有额定转矩的1.5倍左右。采用变频调速后，最大的起动转矩也只有额定转矩的1.8倍：(www.xing528.com)

T_SA=1.8T_MNA=871.2N·m

很明显，4极异步电动机的起动转矩比直流电动机小多了，所以难以起动。

3.解决方法

改用6极异步电动机，则电动机的额定转速为980r/min。额定转矩为

式中 T_MN6———6极异步电动机的额定转矩，N·m。

起动转矩为

T_SA6=1.8T_MN6=1315.44>T_MSD

式中 T_SA6———6极异步电动机的起动转矩，N·m。

可见，6极异步电动机的起动转矩比直流电动机还要大。

采用了6极异步电动机后，其工作频率将超过额定频率：

异步电动机在工作频率超过额定频率时，其有效转矩将减小。因此，必须效验在上限频率时有效转矩是否满足要求：

因此，当异步电动机的额定转速比直流电动机低一个档次（例如，直流电动机的额定转速为1500r/min，而异步电动机为980r/min）时，两者的有效转矩线如图5-30所示。图5-30中，曲线①是直流电动机的有效转矩线，曲线②是⑥极异步电动机变频后的有效转矩线。

图5-30 直流电动机和变频后6极异步电动机