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7/20/20211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。7/20/20212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：7/20/202131.3变频调速的基本控制方式变频调速的基

2、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？？7/20/20214一、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。7/20/20215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，没有充分利用电机的铁芯，是一种浪费；如果过分增大磁

3、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7/20/20216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7/20/20217（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—定子每相绕组串联匝数；Ns—基波绕组系数；kNs—每极气隙磁通量(Wb)。m定子每相

4、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。7/20/20218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）7/20/20219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f

5、1从额定值f1N向下调节时，必须同时降低Es，使7/20/2021101.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？7/20/2021111.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7/20/2021121.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-

6、33）得最大电磁转矩7/20/2021131.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最大电磁转矩，因此称为恒转矩调速方式。7/20/2021142.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

7、式。7/20/2021152.保持常值的近似恒磁通控制(恒压频比的控制)式（1-18）的电磁转矩表达式：当采用恒压频比控制方式时，式（1-18）可改写为：（1-18）（1-36）7/20/2021162.保持常值的近似恒磁通控制(恒压频比的控制)当电动机稳态运行时转差率s很小，可以忽略分母中含s项，则式中，由上式可知，当采用恒压频比控制时，对于同一电磁转矩Te，sf1是基本不变的，即n基本不变，这说明恒压频比条件下改变频率时，机械特性是平行下移的。7/20/2021172.保持常值的近似恒磁通控制(恒压频比的控制)由上

8、节推导的最大转矩表达式（1-38）(1)当转速较高时，f1在额定频率fn附近变化，定、转子的总漏抗远远大于定子电阻Rs,7/20/202118则最大转矩上式表明，频率较高时，恒压频比调速时异步电动机的最大转矩与频率无关，基本上保持不变。7/20/202119（2）当转速较低时，f1比f1n下降很多，此时定、转子总漏抗