3.1-章--交流变频调速系统原理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第3章 变频调速原理,交流变频调速的基本控制方式,要实现交流变频调速，其基本的控制方式有三种，即恒磁通控制方式、恒电流控制方式和恒功率控制方式。,1恒磁通控制方式及其特性,在进行电动机调速时，通常要考虑的一个重要因素是，希望保持电动机中每极磁通量为额定值，并保持不变。这样才能充分发挥电动机的能力，即充分利用铁芯材料，充分利用绕组达到额定电流，尽可能使电动机的输出达到额定转矩或最大转矩。如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁芯，这是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁芯饱和，,下一页,返回,上一页,从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。对于直流电动机，因为励磁是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持m的不变是很容易做到的。但在交流异步电动机中，磁通是定子和转子的磁动势合成产生的，怎样才能保持磁通恒定，是需要进行认真研究的。,1）维持气隙磁通m的恒定,异步电动机定子绕组的感应电动势为,如果略去定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子的外加电压，即,下一页,返回,上一页,式中：C,1,为常数，C,1,=4.44,1,k,1,。,因此，若定子的供电电压U,1,保持不变，则气隙磁通,m,将会随频率变化而变化。,一般在电动机设计中，为了充分利用铁芯材料，通常把磁通的数值选为接近磁路饱和值。如果频率f,1,从额定值（通常为50Hz）往下降低，则磁通会增加，从而造成磁路过饱和，使励磁电流增加。这将使电动机带负载能力降低，功率因数变坏，铁耗损增加，电动机过热，这是不允许的。反之，如果频率从额定值往上升高，则磁通将会减少，由异步电动机的转矩公式 可以看出，磁通,m,的减少势必导致电动机允许输出转矩T,e,的下降，,下一页,返回,上一页,使电动机的利用率降低，在一定的负载下有过电流的危险。为此通常要求磁通保持恒定，即,m,常数。为了保持磁通,m,恒定，必须使定子电压和频率的比值保持不变，即,式中：U,1,、f,1,为变化后的定子电压和频率；C为常数。,这就要求定子电压随频率成正比变化。上式就是恒磁通控制方式所要遵循的协调控制条件。在满足这个条件的前提下，由异步电动机的转矩表达式可知， 等于电动机的转子额定有功电流，当,m,维持不变时，那么电动机的输出转矩也是恒定的，可以获得恒转矩调速特性。,下一页,返回,上一页,在定子供电电源频率较高时，电动机的最大转矩近似保持恒定，机械特性曲线斜率变化很小。若保持U,1,/ f,1,=C不变，异步电动机的机械特性是一簇平行的曲线，但最大转矩将随频率f,1,的降低而减少，当频率较低时，机械特性曲线斜率及最大转矩变化较大。从物理概念上来说，低频时机械特性斜率的加大以及最大转矩的下降，是由于定子绕组内阻上引起的电压降在低速时相对影响较大，无法保持电动机气隙磁通为恒值而造成的。故低频启动时，启动转矩也将减少，甚至不能带负载。,下一页,返回,上一页,因此，此种采用保持气隙磁通,m,恒定的交流调速系统，只适用于调速范围不大的负载。,对于要求调速范围大的恒转矩性质的负载，希望在整个调速范围中维持最大转矩不变，欲保持磁通,m,的恒定，应满足E,1,/ f,1,常数的关系。但由于电动机的感应电动势E,1,难以测得和控制，故在实际应用中通常在控制回路加入一个函数发生器，以补偿低频时定子电阻所引起的压降影响。,下一页,返回,上一页,U,1,/f,1,为常数时电动机调频的机械特性曲线,返回,恒通调整时，利用函数发生器的补偿特性曲线,返回,采用PAM控制的调速系统原理图,返回,(a)采用相位控制的电压调节 (b)采用斩波器控制的电压调节,采用PWM控制变频器的原理图及PWM波形,返回,采用U/f比例控制的调速系统图,返回,异步电动机的等效电路图和电路矢量图,返回,脉宽调制式(PWM)变频器电路原理示意图,返回,单相逆变器主电路图,返回,单相逆变器波形图,返回,(a) 180,PWM,型输出电压波形 (b) PWM型输出电压波形,正弦波脉宽调制波形,返回,双极性三相正弦波脉宽调制波形,返回,三极管通用型三相PWM型逆变器主电路,返回,逆变器输出波形（电压、电流）,返回,同时关断的晶闸管PWM型逆变器主电路,返回,模拟正弦波参考信号SPWM型变频调速系统,返回,Uf变换器及三相方波发生器实际电路,返回,三相方波及其状态,返回,三角波、正弦波发生器实际电路,返回,电路中各点的波形,返回,“”脉宽调制电路,返回,变频器容量选择(驱动单台电动机),返回,变频器容量选择(驱动多台电动机),返回,变频器内部原理框图,返回,变频器恒压供水系统。,返回,一用一备变频器恒压供水系统主电路,返回,变频器恒压供水系统接线图,返回,