异步电动机的变压变频调速解析ppt课件.ppt

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1、5.3异步电动机的变压变频调速n5.3.1 变压变频调速的基本原理n变压变频调速：改变异步电动机同步转速的方法11160602ppfnnn5.3.1变压变频调速的基本控制方式变压变频调速的基本控制方式 1. 基频以下调速基频以下调速在进行电机调速时，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，没有充分利用电机的铁心，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。n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。n在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转子磁势合成

2、产生，要保持磁通恒定就需要费一些周折了。 定子每相电动势mNs1g44. 4SkNfE （5-11） 式中：Eg 气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值，单位为V； 定子频率，单位为Hz； 定子每相绕组串联匝数； 基波绕组系数； 每极气隙磁通量，单位为Wb。 f1NskNsm 由式（5-11）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。 1. 基频以下调速 由式（5-11）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 Eg ，使 1gfE常值 （5-26） 即采用恒值电动势频率比的控制

3、方式采用恒值电动势频率比的控制方式。 恒压频比的控制方式 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（5-27） 这是恒压频比的控制方式恒压频比的控制方式。常值1fUs 但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一些，以便近似地补偿定子压降近似地补偿定子压降。 带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。 OUsf 1图5-9 恒压频比控制特性 带压降补偿的恒压频比控制特性UsNf 1Na 无补偿

4、无补偿 b 带定子压降补偿带定子压降补偿 2. 基频以上调速 在基频以上调速时，频率应该从 f1N 向上升高，但定子电压Us 却不可能超过额定电压UsN ，最多只能保持Us = UsN ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于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的控制特性画在一起，如下图所示。 f1N 变压变频控制特性图5-10 异步电机变压变频调速的控制特性 恒转矩调速恒转矩调速UsUsNmNm恒功率调速恒功率调速mUsf1O 如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩

5、也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。返回目录返回目录5.3.2 变压变频调速时的机械特性变压变频调速时的机械特性 式（5-5）已给出异步电机在恒压恒频正弦波供电时的机械特性方程式 Te= f (s)。 当采用恒压频比控制时，可以改写成如下形式： 2rs2122rsr121spe)()(3llLLsRsRRsUnT（5-28） 特性分析当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则（5-29） sRsUnTr121spe3r12s13epRTsUn2r1112s10602eeppRTnsnsTnnU 由此可见，当 Us /1 为恒值时，对于同一转

6、矩 Te ，s1 是基本不变的，因而 n 也是基本不变的。这就是说，在恒压频比的条件下改变频率 1 时，机械特性基本上是平行下移。它们和直流他励电机变压调速时的情况基本相似。 2rs21s1s21spmaxe)(123llLLRRUnT（5-32） 可见最大转矩 Temax 是随着的 1 降低而减小的。频率很低时，Temax太小将限制电机的带载能力，采用定子压降补偿，适当地提高电压Us，可以增强带载能力。 机械特性曲线eTOnN0n03n02n01nN1111213131211N1图5-11 a 恒压频比控制时变频调速的机械特性补 偿 定 子 压降后的特性基频以上n 在基频以上变频调速时，由于

7、定子电压 Us= UsN 不变，式（5-5）的机械特性方程式可写成 2rs2122rs1r2sNpe)()(3llLLsRsRsRUnTp2emax22211sr312()sNssllnTURRLL2rs212srm)(llLLRRsn当s很小时，2ep1r3sNUsTnR2r1123epsNRTsn U2r1112210602eppsNRTnsnsnnU由此可见，当角频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变，如图所示。由于频率提高而电压不变，气隙磁通势必减弱，导致转矩的减小，但转速升高了，可以认为输出功率基本不变。所以基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。n由公

8、式5-38 可知n对于相同的电磁转矩，频率越大，转速落降越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁升速相似。n 图5-11异步电动机变压变频调速机械特性5.3.3 基频以下的电压补偿控制n在基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点，但负载变化时定子压降不同，将导致磁通改变，因此需采用定子电压补偿控制。n根据定子电流的大小改变定子电压，以保持磁通恒定。 下图再次绘出异步电机的稳态等效电路，图中几处感应电动势的意义如下： Eg 气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中 的感应电动势； Es 定子全磁通在定子每相绕组中的感应电 动势； Er 转子全磁通在转子绕组中的感应电动势 （折合到定子边）。

9、 图5-12 异步电动机稳态等效电路和感应电动势 Us1RsLlsLlrLmRr /sIsI0Ir 异步电动机等效电路EgEsErSSSg1sNms1sNms1sNmr4.444.444.44rEf N kEf N kEf N k1. 恒定子磁通控制n恰当地提高电压 Us 的数值，使它在克服定子阻抗压降，能维持 Es /f1 为恒值（基频以下），每极磁通 m 均为常值。ssssUR IEn忽略励磁电流2221sr()srrllEIRLLs2p21221sr3()srerllnERTsRLLs2s1rep22221sr1sr3()()llUsRTnsRRsLLn将恒定子磁通控制时的转矩表达式与恒

10、压频比时的比较发现，其分母小于恒压频比中的同类项，因此，当转差率相同时，采用恒定子磁通控制方式的电磁转矩大于采用恒压频比控制方式。或者说当负载转矩相同时，恒定子磁通控制方式的转速降落小于恒压频比控制方式。n对s求导，求出临界转差率2pemax1312slslrnETLL1rmlslrRsLLn分析可知，当频率发生变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变。n恒定子磁通控制的临界转差率大于恒压频比控制方式。n恒定子磁通控制的临界转矩也大于恒压频比控制方式。 2.恒 Eg / 1 控制 如果在电压频率协调控制中，恰当地提高电压 Us 的数值，使它在克服定子阻抗压降，补偿定子漏抗压降后，能维持 Eg

11、/1 为恒值（基频以下），无论频率高低，每极磁通 m 均为常值。1()sslssgURjLIE 由等效电路可以看出 2r212rgrlLsREI（5-48）代入电磁转矩关系式，得2 r2122 rr121gpr2r212r2g1pe33llLsRRsEnsRLsREnT（5-49） 特性分析（续） 利用与前相似的分析方法，当s很小时，可忽略式（5-49）分母中含 s 项，则 sRsEnTr121gpe3 这表明机械特性的这一段近似为一条直线。特性分析（续） 当 s 接近于1时，可忽略式（5-49）分母中的 Rr2 项，则 sLsREnTl132 r1r21gpe s 值为上述两段的中间值时，机

12、械特性在直线和双曲线之间逐渐过渡，整条特性与恒压频比特性相似。 性能比较 但是，对比式（6-4）和式（6-12）可以看出，恒 Eg /1 特性分母中含 s 项的参数要小于恒 Us /1 特性中的同类项，也就是说， s 值要更大一些才能使该项占有显著的份量，从而不能被忽略，因此恒 Eg /1 特性的线性段范围更宽。性能比较（续） 将式（5-49）对 s 求导，并令 dTe / ds = 0，可得恒Eg /1控制特性在最大转矩时的转差率 r1rmlLRs（5-50） 和最大转矩r21gpmaxe123lLEnT（5-51） 性能比较（续） 值得注意的是，在式（5-51）中，当Eg /1 为恒值时，

13、Temax 恒定不变，如下图所示，其稳态性能优于恒 Us /1 控制的性能。与恒定子磁通控制方式相比，恒气隙磁通控制方式的临界转差率和临界转矩更大，机械特性更硬。 机械特性曲线eTOnN0n03n02n01nN1111213131211N1Temax恒 Eg /1 控制时变频调速的机械特性3. 恒 Er / 1 控制 如果把电压频率协调控制中的电压再进一步提高，把转子漏抗上的压降也抵消掉，得到恒 Er /1 控制，那么，机械特性会怎样呢？由此可写出 sREI/rrr（5-53） 代入电磁转矩基本关系式，得 r121rpr2r2r1pe33RsEnsRsREnT（5-54） 现在，不必再作任何近

14、似就可知道，这时的机械特性完全是一条直线，见图5-13。 几种电压频率协调控制方式的特性比较图5-13异步电动机在不同控制方式下的机械特性a恒压频比控制b恒定子磁通控制c 恒气隙磁通控制d恒转子磁通控制 显然，恒 Er /1 控制的稳态性能最好，可以获得和直流电机一样的线性机械特性。这正是高性能交流变频调速所要求的性能。 现在的问题是，怎样控制变频装置的电压和频率才能获得恒定的 Er /1 呢？ 按照电动势和磁通的关系，可以看出，当频率恒定时，电动势与磁通成正比。气隙磁通的感应电动势 Eg 对应于气隙磁通幅值 m ，那么，转子全磁通的感应电动势 Er 就应该对应于转子全磁通幅值 rm ：rmN

15、s1r44. 4skNfE 由此可见，只要能够按照转子全磁通幅值 rm = Constant 进 行控制，就可以获得恒 Er /1 了。这正是矢量控制系统所遵循的原则，下面在第6章中将详细讨论。 4几种控制方式的比较 （1）恒压频比（ Us /1 = Constant ）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。 （2）恒Eg /1 控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到rm = Constant，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。 （3）恒 Er /1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通 rm 恒定进行控制，即得 Er /1 = Constant 而且，在动态中也尽可能保持 rm 恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。小小 结结n电压Us与频率1是变频器异步电动机调速系统的两个独立的控制变量，在变频调速时需要对这两个控制变量进行协调控制。n在基频以下，有四种协调控制方式。采用不同的协调控制方式，得到的系统稳态性能不同，其中恒Er /1控制的性能最好。n在基频以上，采用保持电压不变的恒功率弱磁调速方法。返回目录返回目录