电气自动控制原理与系统第2版 教学课件 作者 陈渝光 主编 第十二章.ppt

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1、第十二章转差功率不变型调速系统——异步电动机变频调速系统第一节变频调速原理第二节变频调速的基本控制方式和机械特性第三节变压变频装置及其基本控制方式第四节SPWM变压变频器第五节变频调速系统控制方式第六节SPWM变压变频系统本章小结主要内容第一节变频调速原理概述均匀地改变定子的电源频率f1可均匀地改变电动机转速n。对于变频调速，为了避免电动机的磁通饱和，同时抑制起动电流及产生必要的起动转矩，需要维持磁通恒定，这就需要在改变电动机定子电压频率的同时控制电压幅值大小。因此对电动机供电的变频器一般都要求兼有调压和调频两种功能（即VVVF型变频器）。变频调

2、速基本工作原理三相异步电动机中存在：如忽略定子阻抗压降，则式中Eg为气隙在定子每相绕组中感应电动势的有效值；N1为定子每相绕组串联匝数；kN1为基波绕组系数；Φm为每极气隙磁通量。上式表明，若端电压U1保持不变，随着f1的升高，气隙磁通Φm将减少。Φm的减小势必导致电动机允许输出转矩Td、最大转矩Tdmax下降，严重时会使电动机发生堵转；减小f1，Φm将增加。这会使磁路饱和，励磁电流上升，导致铁损急剧增加。因此，要求在改变频率的同时改变定子电压U1，以维持磁通Φm基本不变，即异步电动机的变频调速必须对电压和频率进行协调控制。第二节变频调速的基本控

3、制方式和机械特性异步电动机稳态等效电路L1──定子每相漏电感；L2′──折合到定子侧的转子每相漏电感；Lm──定子每相绕组产生的气隙主磁通的等效电感，即励磁电感；Er──折合到定子侧的转子全磁通的感应电动势；Es──定子全磁通的感应电动势。变频调速基本控制方式1．基频以下调速（f1f1N）

4、基频以上调速只能保持U1=U1N，因而磁通将与频率成反比降低，相当于它励直流电动机的弱磁升速的情况。异步电动机基频以下调速为恒转矩调速，基频以上调速为恒功率调速。图12-2电压、频率协调控制的机械特性1．基频以下电压、频率协调控制的机械特性由机械特性方程可以看出，在一定的转矩和转速的运行条件下，电压U1和频率f1配合方式：U1/f1=常值；Eg/f1=常值；Er/f1=常值。（1）U1/f1=常值机械特性如图a)所示：可见：特性基本上是上下平移的，硬度较好，但Tdmax随f1降低而降低，但采用定子补偿后可以适当提高带负载能力。电压、频率协调控制的

5、机械特性（2）Eg/f1=常值机械特性如上图b)所示。Tdmax恒定不变，特性优于U1/f1=常值的控制方式，这是由于该控制方式可在稳态时保持Φm=常值，从而改善了低速性能，但控制较为困难。这时，sm、Tdmax分别为：（3）Er/f1=常值机械特性如上图b)。该控制方式可以得到和它励直流电动机一样的机械特性。这是由于它在U1/f1=常值的控制方式下进一步提高U1，同时补偿了定子和转子绕组的阻抗压降。要保持Er/f1=常值，必须按照转子全磁通幅值Φrm=常值进行控制。这种控制方式实现困难，它是异步电动机矢量控制系统所遵循的基本原则。Td可表示为：

6、电压、频率协调控制的机械特性2．基频以上电压、频率协调控制的机械特性基频以上电压、频率协调控制机械特性如下图所示。特性基本上是上下平移的，但Tdmax随f1提高而降低。这时，Tdmax为：正弦波恒流供电时的机械特性变频调速采用恒定异步电动机定子电流的控制方式，称为恒流控制。恒流控制靠带电流PI调节器电流闭环控制。对电流直接采取控制，安全可靠，动、静态特性好。恒流控制和恒压控制机械特性相似，但硬度较高。恒流控制时Tdmax不随f1改变，但Tdmax与I1的平方成正比。这种控制方式限制了I1，所以，I1等于常数时的Tdmax小于U1等于常数时的Tdm

7、ax，但不影响系统短时过载能力。恒定电流控制主要用于负载变化不大的场合。sm、Tdmax为：第三节变压变频装置及其基本控制方式交—直—交变压变频器常用的静止式电子变压变频器一般分为：“交—直—交变压变频器”，也称为间接变压变频器；“交—交变压变频器”，也称为直接变频器。交—直—交变压变频器先将工频交流电通过整流器变为可控电压的直流电，再将滤波后的平稳直流电经逆变器变换为可控频率的交流电，作为交流异步电动机的驱动电源。。按照不同的控制方式又可分为下图a、b、c所示三种装置。变压变频装置结构形式变压变频装置1．可控整流调压、逆变调频装置调压调频分别在

8、整流器和逆变器上进行，两者协调工作。输入环节常采用晶闸管可控整流器，逆变环节常采用采用全控型电力电子元件构成。输出谐波分量大和低压时功率