第5章交流异步电动机变频调速控制ppt课件.ppt

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1、第5章交流异步电动机变频调速控制5.1变频调速的基本原理从调速性能看，直流电动机调速具有调速精度高，调速范围宽，动态性能好，启动、制动灵活等优点，其缺点是电动机内部需要碳刷和换相片。随着电力电子技术的发展以及现代控制理论的不断发展，变频器的性能不断提高，使得以变频器应用技术为代表的交流电动机调速技术取代了直流调速，成为电气传动调速的主流。它具有升速快，调速范围宽，静态稳定性好，运行效率高等优点；且交流电动机具有坚固耐用，运行可靠，价格低等优势，因而获得广泛应用。三相异步电动机等效电路如图所示。三相异步电动机的T型等效电路众所周知，电网提供的交流电是恒压、恒频的，变频器的作用是

2、改变输出给电动机的频率和电压，对交流电动机实现无级变速。异步电动机的转速表达式为：n=n0(1-s)=60f1(1-s)/p由此可知，只要平滑地调节异步电动机的电源频率，就可以实现异步电动机的无级调速。但是，异步电动机的定子电压，电源频率和磁通Φ之间有一定的制约关系。U1=4.44f1N1k1Φ。所以，只改变频率f1实际上不能正常调速。在改变频率f1的同时，还要改变定子电压U1的大小。5.1.1基频以下恒磁通变压变频调速三相异步电动机每相电压如果降低电源频率时，还要保持电源电压为额定值，则需要增加气隙中的磁通，通常电动机磁路的磁通是处于临界饱和状态，若再增加气隙磁通，将导致磁

3、路饱和，这是不允许的。因此降低电源频率时，必须同时降低电源电压。通常有两种方法。由上面的分析可知，保持的调速方式，其最大转矩Tm=常数，与频率无关；并且最大转矩对应的转差降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。这种调速方法与他励直流电动机降低电源电压调速相似，其机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，所以变频调速属于无级调速，平滑性好。可以证明，这种调速为恒转矩调速方式。2.降低定子电源频率时，保持U1/f1为常数，则气隙磁通近似为常数，电动机的电磁转矩为：上式，对s求导，令dT/ds=0得最大转矩：临界转差率：由

4、上式可以看出，保持U1/f1为常数，降低电源频率调速的机械特性与保持E1/f1为常数时的机械特性有所不同，最大转矩不等于常数。当电源频率f1较低时，最大转矩将会大大减小。可以证明，保持U1/f1为常数的调速近似为恒转矩调速方式。3.基频以下恒磁通变压变频调速由以上分析可以看出，保持E1/f1=常数的调速，也就是Φ=常数的调速，叫做恒磁通调速。这种调速方法与他励直流电动机降低电源电压调速相似。而U1/f1=常数的调速并不是真正的恒磁通调速，这是因为电动机的主磁通Φ严格意义上不是与U1/f1成正比，而是与E1/f1成正比。外加电压只是在不计定子内阻时才近似等于反电势，当供电频率和

5、电压变得较低时，定子电阻的影响增大，不可忽略。此时可采用低频段电压补偿法，人为地适当提高定子电压以补偿定子电阻压降的影响，来保持电动机气隙磁通Φ大体保持不变。如下图所示。5.1.2从基频向上的变频调速由于电动机的电源电压不得高于其额定电压，因此，从基频向上升高频率调速时，只能保持U1=UN电压不变。由公式可知，随着频率f1的升高，气隙每极磁通φm降低，是一种降低磁通升速的方法。电动机电磁转矩：最大转矩临界转差率由上面的公式推导和相应的机械特性曲线可以看出，从基频向上的变频调速必须保持UN不变，在此情况下，频率升高时，Tm减小，sm也减小，而最大转矩对应的转速降落Δnm保持为常

6、数。可以证明，升高频率保持UN不变的调速近似为恒功率调速方式。3、变频调速的特点1）变频调速具有转差功率损耗小，效率高，节能；2）静差率小，调速范围广，可实现平滑调速，稳定性高；3）变频调速为无级调速。4）从基频向下调速为恒转矩调速方式，从基频向上调速近似为恒功率调速方式。对异步电动机进行变频控制时的控制特性如下图所示。5.2变频器的分类、基本组成和工作原理5.2.1变频器的分类1.按变换环节分：交-交变频器，交-直-交变频器。2.按直流环节储能方式分：电流型，电压型。3.按输出电压的调制方式分：PAM（脉冲幅度调制），PWM（脉冲宽度调制）。5.2.2变频器的基本组成目前通

7、用的变频器产品为交-直-交电压型电路形式。它主要由主电路和控制电路组成。如图所示。变频器的主电路主要由整流器、中间直流环节和逆变器组成。控制电路的主要任务是对逆变器进行各种模式的开关控制，输出频率和输出电压的控制以及对电路主要器件进行各种保护。5.2.3通用变频器的基本工作原理1.主电路分析2.电压型逆变电路原理■根据直流侧电源性质的不同，可以分为两类◆电压型逆变电路：直流侧是电压源。◆电流型逆变电路：直流侧是电流源。■电压型逆变电路的特点◆直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。◆由于直流电