第5章交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制ppt課件.ppt

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1、第5章交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制5.1變頻調(diào)速的基本原理從調(diào)速性能看，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速具有調(diào)速精度高，調(diào)速范圍寬，動(dòng)態(tài)性能好，啟動(dòng)、制動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)內(nèi)部需要碳刷和換相片。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展，變頻器的性能不斷提高，使得以變頻器應(yīng)用技術(shù)為代表的交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速技術(shù)取代了直流調(diào)速，成為電氣傳動(dòng)調(diào)速的主流。它具有升速快，調(diào)速范圍寬，靜態(tài)穩(wěn)定性好，運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)；且交流電動(dòng)機(jī)具有堅(jiān)固耐用，運(yùn)行可靠，價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，因而獲得廣泛應(yīng)用。三相異步電動(dòng)機(jī)等效電路如圖所示。三相異步電動(dòng)機(jī)的T型等效電路眾所周知，電網(wǎng)提供的交流電是恒壓、恒頻的，變頻器的作用是

2、改變輸出給電動(dòng)機(jī)的頻率和電壓，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：n=n0(1-s)=60f1(1-s)/p由此可知，只要平滑地調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的電源頻率，就可以實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的無級(jí)調(diào)速。但是，異步電動(dòng)機(jī)的定子電壓，電源頻率和磁通Φ之間有一定的制約關(guān)系。U1=4.44f1N1k1Φ。所以，只改變頻率f1實(shí)際上不能正常調(diào)速。在改變頻率f1的同時(shí)，還要改變定子電壓U1的大小。5.1.1基頻以下恒磁通變壓變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)每相電壓如果降低電源頻率時(shí)，還要保持電源電壓為額定值，則需要增加氣隙中的磁通，通常電動(dòng)機(jī)磁路的磁通是處于臨界飽和狀態(tài)，若再增加氣隙磁通，將導(dǎo)致磁

3、路飽和，這是不允許的。因此降低電源頻率時(shí)，必須同時(shí)降低電源電壓。通常有兩種方法。由上面的分析可知，保持的調(diào)速方式，其最大轉(zhuǎn)矩Tm=常數(shù)，與頻率無關(guān)；并且最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差降落相等，也就是不同頻率的各條機(jī)械特性是平行的，硬度相同。這種調(diào)速方法與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降低電源電壓調(diào)速相似，其機(jī)械特性較硬，在一定的靜差率要求下，調(diào)速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，所以變頻調(diào)速屬于無級(jí)調(diào)速，平滑性好?？梢宰C明，這種調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。2.降低定子電源頻率時(shí)，保持U1/f1為常數(shù)，則氣隙磁通近似為常數(shù)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：上式，對(duì)s求導(dǎo)，令dT/ds=0得最大轉(zhuǎn)矩：臨界轉(zhuǎn)差率：由

4、上式可以看出，保持U1/f1為常數(shù)，降低電源頻率調(diào)速的機(jī)械特性與保持E1/f1為常數(shù)時(shí)的機(jī)械特性有所不同，最大轉(zhuǎn)矩不等于常數(shù)。當(dāng)電源頻率f1較低時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩將會(huì)大大減小?？梢宰C明，保持U1/f1為常數(shù)的調(diào)速近似為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。3.基頻以下恒磁通變壓變頻調(diào)速由以上分析可以看出，保持E1/f1=常數(shù)的調(diào)速，也就是Φ=常數(shù)的調(diào)速，叫做恒磁通調(diào)速。這種調(diào)速方法與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)降低電源電壓調(diào)速相似。而U1/f1=常數(shù)的調(diào)速并不是真正的恒磁通調(diào)速，這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的主磁通Φ嚴(yán)格意義上不是與U1/f1成正比，而是與E1/f1成正比。外加電壓只是在不計(jì)定子內(nèi)阻時(shí)才近似等于反電勢(shì)，當(dāng)供電頻率和

5、電壓變得較低時(shí)，定子電阻的影響增大，不可忽略。此時(shí)可采用低頻段電壓補(bǔ)償法，人為地適當(dāng)提高定子電壓以補(bǔ)償定子電阻壓降的影響，來保持電動(dòng)機(jī)氣隙磁通Φ大體保持不變。如下圖所示。5.1.2從基頻向上的變頻調(diào)速由于電動(dòng)機(jī)的電源電壓不得高于其額定電壓，因此，從基頻向上升高頻率調(diào)速時(shí)，只能保持U1=UN電壓不變。由公式可知，隨著頻率f1的升高，氣隙每極磁通φm降低，是一種降低磁通升速的方法。電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：最大轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)差率由上面的公式推導(dǎo)和相應(yīng)的機(jī)械特性曲線可以看出，從基頻向上的變頻調(diào)速必須保持UN不變，在此情況下，頻率升高時(shí)，Tm減小，sm也減小，而最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落Δnm保持為常

6、數(shù)?？梢宰C明，升高頻率保持UN不變的調(diào)速近似為恒功率調(diào)速方式。3、變頻調(diào)速的特點(diǎn)1）變頻調(diào)速具有轉(zhuǎn)差功率損耗小，效率高，節(jié)能；2）靜差率小，調(diào)速范圍廣，可實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，穩(wěn)定性高；3）變頻調(diào)速為無級(jí)調(diào)速。4）從基頻向下調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，從基頻向上調(diào)速近似為恒功率調(diào)速方式。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻控制時(shí)的控制特性如下圖所示。5.2變頻器的分類、基本組成和工作原理5.2.1變頻器的分類1.按變換環(huán)節(jié)分：交-交變頻器，交-直-交變頻器。2.按直流環(huán)節(jié)儲(chǔ)能方式分：電流型，電壓型。3.按輸出電壓的調(diào)制方式分：PAM（脈沖幅度調(diào)制），PWM（脈沖寬度調(diào)制）。5.2.2變頻器的基本組成目前通

7、用的變頻器產(chǎn)品為交-直-交電壓型電路形式。它主要由主電路和控制電路組成。如圖所示。變頻器的主電路主要由整流器、中間直流環(huán)節(jié)和逆變器組成?？刂齐娐返闹饕蝿?wù)是對(duì)逆變器進(jìn)行各種模式的開關(guān)控制，輸出頻率和輸出電壓的控制以及對(duì)電路主要器件進(jìn)行各種保護(hù)。5.2.3通用變頻器的基本工作原理1.主電路分析2.電壓型逆變電路原理■根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同，可以分為兩類◆電壓型逆變電路：直流側(cè)是電壓源?！綦娏餍湍孀冸娐罚褐绷鱾?cè)是電流源。■電壓型逆變電路的特點(diǎn)◆直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動(dòng)。◆由于直流電