论如何使用三相220V变频器驱动额定电压为380V Y接法的三相异步电机

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论如何使用三相220V变频器驱动额定电压为380V Y接法的三相异步电机

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参考文献 [1] 邱关源. 电路[M]. 第五版. 北京:高等教育出版社, 2006. [2] 刘爱民, 倪元相. 电机与拖动技术[M]. 第二版. 大连:大连理工大学出版社, 2017. —— 又名:《不同电压等级下,对应的三相异步电机定子绕组接法》

重点在2.2节 。 文章若有错误,还请留言指出,谢谢!

1前置知识 1.1线电压(电流)与相电压(电流)的关系

三相系统中,流经输电线中的电流称为线电流;各输电线线端之间的电压为线电压。三相电源和三相负载中每一相的电压、电流称为相电压和相电流。

三相系统中的线电压和相电压、线电流和相电流之间的关系同连接方式有关。

△连接:相电压Uθn = Un,相电流Iθn = In/√3Y连接:相电压Uθn = Un/√3,相电流Iθn = In

在电机铭牌上,额定电压Un指额定运行时定子绕组所加线电压,额定电流In指额定运行时定子绕组流过的线电流。

1.2三相异步电机与定子绕组

电机主要由定子和转子部分组成。

定子是电机的静止部分,其作用是产生磁场(励磁绕组),以及作为电机的机械支撑。转子是电子的转动部分,其作用是产生感应电动势和电磁转矩(电枢绕组)。

三相异步电机的定子绕组为三相对称绕组,其特点为:

三相绕组相同;在空间按互差120°电角度排列;可以接成星形和三角形;

大、中容量的高压电动机常接成星形,引出三根线;中、小容量的低压电动机常把三相绕组的6个出线头都引到接线盒中,根据需要接成Y形或△形。我国的Y2系列电动机,3kw及以下为Y连接,其它功率为△连接。

三相绕组不同接法下,原理接线图和接线盒内接线图见下:(三相首端分别用U1、V1、W1表示,末端分别用U2、V2、W2表示) 在这里插入图片描述

2正文:接线难题

现有一台铭牌标注为380V Y接法的三相异步电机和一台输出三相220V的变频器,问变频器能否带动电机?

2.1使用三相220V电源直接驱动380V Y接法电机

先说说看变频器直连电机会发生什么。

通常来说,电动机的电压等级、相数和频率要与供电电源一致。 电机Y接法下额定电压Un 380V(线电压),意味着定子绕组每相额定相电压Uθn为:

Uθn = Un/√3 = 380/√3 = 220V

将变频器与电机直连,则电机实际上是以三相220V供电的: Uθ = U/√3 = 220/√3 = 127V 为绕组额定相电压的57%。 我们知道改变定子电压也是一种调速行为:由电力拖动原理可知,当异步电动机等效电路的参数不变时,相同转速下,电磁转矩与定子电压的二次方成正比,因此改变定子外加电压可以改变机械特性的函数关系,从而改变电动机在一定负载转矩下的转速。此外,在软起动、轻载节能运行中,也常通过变压控制实现。因此电机在一定条件下是可以正常运行的。 这种方法的缺陷在于,电动机低速运行时存在转子电流过大和功率因数过低的问题;此外电动机将无法带动额定负载,这是因为: P = √3U·I·η·cosφ (η:效率,cosφ:功率因数) 为带动额定负载,电动机需输出额定功率,定子施加电压降低的情况下,定子电流将升高,导致温升,最终烧毁电机绕组。 2.2使用三相220V电源驱动变更为△接法的电机

那么在不额外采买设备的条件下,如何让电机能够正常运行?

答案是修改三相绕组接法。

在我国,3kw及以下三相异步电动机其三相绕组通常为Y连接(其余则为△,这是为了便于采用Y-△启动),且其出厂前已在接线盒内完成了相应连接,但这并不意味着用户就只能采用一种接法,我们可以将Y连接改为△连接,这样就可以直接以三相220V驱动。

△接法下:

Uθ = U = 220V = Uθn

即每相承受电压值为额定相电压; 因此,默认三相380V Y接法电机也可以在三相220V △接法下正常运行,并驱动额定负载。 已知Y接法下额定电流Iny,求△接法额定电流In△的推导方法: Y接法下: Iθn = Iny △接法下: Iθn = In△ / √3 故: In△=√3Iθn

可以看到额定线电流为原来的√3倍,推导思路是由Y接法线电流求得相电流,再求△接法线电流。

电机的额定功率仍保持不变:

Pn = √3·Uny·Iny·η·cosφ = √3·(1/√3)Uny·√3Iny·η·cosφ = √3·Un△·In△·η·cosφ

电机铭牌Y、△星三角接法的说明,搞清楚后不再烧电机

2.3关于变频电机

作为初学者,我也是在写这篇文章的时候才知道原来存在专为变频器设计的变频电机,由于手头没有信得过的资料,加之没有实质接触,故只能简单介绍一下。

至少从外形来看,相比于普通的三相电机,变频电机最大的特点是留出了风扇的工作电源,这意味着风扇是独立工作的,而普通电机则采用同轴散热风扇,风扇转速和电机转速保持同步,缺点在于低速下电机散热将大打折扣。 在这里插入图片描述 此外三相异步电机按恒频恒压条件设计,调频范围有限,而变频电机则宽泛的多。



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