3.1变频调速
3.1.1变频调速的基本原理
异步电机的转速公式为: N=
60FP（1—S） （式3.1）
式中 N——异步电动机的转速，r/min F——定子的电源频率，HZ P——电机极对数 S——电机转速滑差率
由（式3.1）可知，如果改变输入电机的电源频率f，则可相应改变电机的输出转速。
电动机调速时，一个重要的因素是保持每极磁通量?m为额定值不变。磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费:若要增大磁通，又会使磁通饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。对于直流电机来说，励磁系统是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持?m不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通是定子和转子合成产生的。 三相异步电动机每相电动势的有效值是: 式中:
Eg?4.44f1N1kN1?m （式3.2）
Eg—气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值，单位为V;
f1—定子频率，单位为Hz;
N1—定子每线绕组串联匝数;
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kN1—基波绕组系数;
?m—每级气隙磁通量，单位为Wb;
由公式可知，只要控制好Eg和f1便可以控制磁通?m不变，需要考虑基频(额定频率)以下和基频以上两种情况; 1．基频以下调速
即采用恒定的电动势。由上式可知，要保持?m不变，单频率
f1从
额定值fin向下调节时，必须同时降低Eg然而绕组中的感应电动势是难以控制的，但电动势较高时，可以忽略电子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U1 ≈E，则得U1 /f1=常值。低频时，U1和Eg读数较小，定子阻抗压降所占的份量都比较显著，不能在忽略。这时，可以人为的把电压U抬高一些，以便近似的不补偿定子压降。带定子压降补偿的恒功率比控制特性为b线(b?(a?Egf1)，无补偿的为a线
U1)。如图3.2所示: f1 U1 UNba0fNf1频率
图3.2 恒压频比控制特性
2．基频以上调速
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在基频以上调速时，频率f可以往上增高，但电压u磁通与频率成反比的降低，相当于与直流电机弱磁升速的情况。
把基频以下和基频以上两种情况合起来，可得到异步电动机的变频调速控制特性，如图3.3。如果电动机在不同的转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升容许的条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化。在基频以下，属于“恒转矩调速”的调速，而在基频以上基本上属于“恒功率调速”。
U1 (定子相电压)UN恒转矩调速恒功率调速[13]
0fNf1(频率)
图3.3异步电动机变频调速控制特性
3.1.2变频器的选用 1变频器选型
桥式起重机各机构转矩均为恒转矩负载，选用低速转矩提升功能的变频器较好，如日本的安川，三菱，德国的西门子和丹麦的丹佛斯等。本设计选用西门子变频器，西门子变频器具有可靠性高，故障率小，具有较合理的价格，有利于用户合理选用。
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2变频器容量选择
起升机构平均起动转距一般为额定力矩值的1.3到1.6倍。考虑到电源电压波动的因素和125%超载试验要求等因素，其最大转距必须是1.8到2倍的负载力矩值，以确保其安全使用的要求。等额变频器仅能提供小于150%超载力矩值，为此可通过提高变频器容量或同时提高变频器和电机容量来获得200%力矩值。此时变频器容量为
1.5PCN?CgvKK?P?P?Mcos?1000??Mcos?
式中cos?—电机的功率因数，cos?= 0.25 P—起升额定负载所需功率，kw ?M—电机效率，?M =0. 85 PCN—变频器容量，KVA K—系数，K=2
起升机构变频器容量依据负载功率计算，并考虑2倍安全力矩。若用在电机额定功率选定的基础上提高一挡的方法选择变频器的容量，则可能会造成不必要的放容损失。在变频器功率选定的基础上再作电流验证，公式如下:
ICN＞ IM
式中ICN一变频器额定电流，A IM—电机额定电流，A
当运行电机在300s内有小于60s的加速时间的并且起动电流不超过变频器额定位的1.5倍时变频器容量可按下式计算：
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1.5PCN1??TN??973973?KK???Pj?PM???GD2N2???Mcos?????Mcos???375tA??
式中K—电流波形补偿系数，PWM方式K=1.05～1.1 Ti—负载转距，N.m ?GD2一总转动惯量对电机轴的折算值，kg.m
—加速时间，s
—电机额定转速，r/min
当运行电机在300s内电机有大于60s加速时间时，变频器容量按下
式取值： 电流验证:
以上公式均以负载功率作为变频器容量计算的基本参数，相同功率不同极数的电机有不同的额定电流。故最终尚需验证电机和变频器额定
电流，即
多电机驱动时变频器容量的选择
电压型变频器可以一台变频器驱动多台电机，其并联运行且变频器短时过载能力为150%、 60%时，如电机加速时间在300s内有小于60s的加速时间，则
并要求
式中
—负载所要求的电机轴输出功率
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