第四讲变频调速的基本控制方式

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1、异步电动机变压变频调速理论基础第一章主讲教师：杜春水山东大学7/15/20211概述由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论是高速还是低速时效率都较高，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美。异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。因此现在应用面很广，是本篇的重点。7/15/20212目前，交流变频调速技术以其优异的性能而深受各行业的普遍欢迎，并已取得了显著的社会效益。电力轧钢造纸化工煤炭纺织船舶机床航天航空广泛应用：7/15/202131.3变频调速的

2、基本控制方式变频调速的基本原理充分利用电机绕组铁芯和绕组的截面积主要特征：Tmax为常数变频调速光调频行吗？？7/15/20214一、调频与调压协调控制的必要性异步电机的转速n与定子供电频率之间有以下关系：（1-29）从上式可知，只要平滑地调节异步电机定子的供电频率f1，同步转速n0随之改变，就可以平滑地调节转速n，从而实现异步电机的无级调速，这就是变频调速的基本原理。7/15/20215在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：----希望保持电机中每极磁通量m为额定值不变。如果磁通太弱，没

3、有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。一、调频与调压协调控制的必要性7/15/20216对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应有恰当的补偿，m保持不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通m由定子和转子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要费一些周折了。一、调频与调压协调控制的必要性7/15/20217（1-30）式中Es—气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值（V）—定子频率（Hz）；f1—定子每相绕组串

4、联匝数；Ns—基波绕组系数；kNs—每极气隙磁通量(Wb)。m定子每相电动势由式（1-30）可知，只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通m的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。7/15/20218电压-频率协调控制方式由式（1-18）机械特性方程式可以看出，对于同一组转矩Te和转速n（或转差率s）的要求，电压Us和频率1可以有多种配合。在Us和1的不同配合下机械特性也是不一样的，因此可以有不同方式的电压－频率协调控制。（1-18）7/15/20219所谓调速方式：是

5、指在电机得到充分利用的条件下，电机输出转矩和转速之间的关系。电机常用的有两种典型调速方式：恒转矩调速方式和恒功率调速方式二、基频以下的变频调速控制方式7/15/202110若输出转矩和转速无关，则为恒转矩调速方式。如：他励直流电机调电枢电压调速，绕线转子异步电机转子串电阻调速等；若输出转矩和转速成反比，则为恒功率调速方式。如：他励直流电机的弱磁调速。二、基频以下的变频调速控制方式7/15/202111什么叫电机得到充分利用呢？严格讲，电机的充分利用，应包括电机铁心和导线得到充分利用，即铁心的磁通密

6、度和导线的电流密度都保持额定值不变。异步电动机的调速分为基频下调和基频上调两种情况，基频下调通常采用恒转矩调速方式，而基频上调通常采用恒功率调速方式。二、基频以下的变频调速控制方式7/15/202112常值即采用恒电动势频率比的控制方式。二、基频以下的变频调速控制方式由式（1-30）可知，要保持m不变，当频率f1从额定值f1N向下调节时，必须同时降低Es，使7/15/2021131.保持的严格恒磁通控制由式（1-30）可得（1-31）由式（1-31）可知，要保持磁通m不变，当频率f1从额定频率

7、向下调节时，必须同时降低电动势Es，即采用恒定的电动势频率比的控制方式。这时异步电动机的机械特性将会如何呢？7/15/2021141.保持的严格恒磁通控制由图1-14可知：将上式代入电磁转矩基本公式，可得7/15/2021151.保持的严格恒磁通控制上式对s求导，并令dTe/ds=0，可得恒磁通控制转矩最大时的转差率为将sm代入式（1-33）得最大电磁转矩（1-34）7/15/2021161.保持的严格恒磁通控制可见，当调速过程中Es/f1为恒值时Temax值是恒定不变的，在低频低速下也能保持这个

8、最大电磁转矩，因此称为恒转矩调速方式。即：电动机的转矩输出能力是恒定的7/15/2021172.保持常值的近似恒磁通控制(恒压频比的控制)然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压Us≈Eg，则得用易于测量和控制的定子输入相电压Us取代电动势Es，这就是保持的近似恒磁通控制，也称为恒压频比控制或U/f控制，它是开环变频调速系统常用的控制方式。7/15/2021182.保持常值的近似恒磁通控制(恒压频比的控制)式（1-