现代调速控制系统 教学课件 作者 侯崇升 第5章 交流变频调速系统.ppt

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1、本章重点探讨正弦波脉宽调制变换器和变频调速采用的其他脉宽调制技术，并在此基础上介绍了基于单片机实现的交流变频调速系统。第5章交流变频调速系统第5章交流变频调速系统5.1交流变频调速技术的应用及发展5.2变频调速控制方式及机械特性5.3变频调速装置的类型与特点5.4正弦波脉宽调制变换器5.5变频调速采用的其他脉宽调制技术5.6基于单片机的交流变频调速系统5.7矢量控制与直接转矩控制本章小结5.1.1交流变频调速技术的应用5.1.2变频调速与节能技术5.1.3变频调速技术的发展5.1交流变频调速技术的应用及发展交流通用型变频器具有极佳的调速效果，因此在诸多领

2、域广泛应用。(1)风机类负载(2)泵类负载(3)压缩机类负载(4)轧机类负载(5)卷扬机类负载(6)转炉类负载(7)辊道类负载(8)大型窑炉、煅烧炉类负载(9)吊车、翻斗车类负载(10)拉丝机类负载(11)运送车类负载(12)电梯高架游览车类负载(13)给料机类负载(14)堆取料机类负载(15)破碎机类负载(16)搅拌机类负载(17)纺丝机类负载(18)特种电源负载(19)造纸机类负载(20)聚酯切片类负载5.1.1交流变频调速技术的应用5.1.2变频调速与节能技术1．当前我国节能的形势能源利用率低；能源浪费大；节能意识薄弱；节能技术落后。2．我国目前的

3、能耗水平我国国内生产总值年均增长率计划7.0℅左右，优质能源供应还有少量缺口，主要是石油和天然气，需要通过进口来解决。2005年我国能源利用效率提高到36℅～37℅，主要耗能产品能耗降低5℅～10℅，万元产值能耗降低15℅～17℅。3．变频调速节能效益一般电动机节能途径：提高电动机本身效率，达到长期高效运行，主要用于恒速机械；提高电动机转速的控制精度，使其在最节能的转速下运行。例如：同一风机、水泵，100℅转速流量时，轴功率为100℅；50℅转速流量时，轴功率降为50℅。若采用挡板、阀门控制到50℅流量，仍需从电网吸入70℅～80℅的功率；若采用滑差低效

4、调速到50℅，则需从电网吸入约25℅的功率；若采用变频高效调速到50℅流量，仅需从电网吸入10℅的功率。变频调速在节能方面的作用一方面，交流拖动负荷在总用电量中占有很大的比重，对这类负荷实现节能，可以获得十分可观的节电效益；另一方面，交流拖动本身存在着很大的节电潜力。在许多交流拖动装置中，交流电机及其所拖动的机械在选用时往往都留有一定的裕量，而且也不总是在最大负荷情况下运行；在轻载时，通过对电动机的速度控制改变某些工作机械的工况，就可达到节电的目的。5.1.3变频调速技术的发展交流变频调速的优点：（1）调速范围宽，可以使普通异步电动机实现无级调速；（2）

5、起动电流小，而起动转矩大；（3）起动平稳，消除机械的冲击力，保护机械设备；（4）对电动机具有保护功能，降低电动机的维修费用；（5）具有显著的节电效果；（6）通过调节电压和频率的关系方便地实现恒转矩或者恒功率调速。1．变频调速技术的发展过程变频调速技术按U／f控制方式的发展主要分三个阶段：第一阶段：八十年代初，日本学者提出了基本磁通轨迹的电压空间矢量（或称磁通轨迹法）。第二阶段：矢量控制，也称磁场定向控制。第三阶段：1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论（DirectTorqueControl简称DTC）。2．交流变频调速技

6、术的发展趋势通用变频器的发展方向：(1)实现高水平的控制;(2)开发清洁电能的变流器;(3)缩小装置的尺寸;(4)高速度的数字控制;(5)专用化;(6)系统化.主要研究内容及关键技术作为今后主要的研究内容及解决的关键技术有如下各项：(1)高电压、大电流技术;(2)新型电力电子器件的应用技术;(3)全数字自动化控制技术;(4)现代控制技术。5.2变频调速控制方式及机械特性5.2.1基本控制方式5.2.2机械特性5.2.1基本控制方式异步电动机的转速表达方程式:（5-1）由上式可知:通过改变供电电源的频率就可以调整电动机的同步转速，从而实现异步电动机的转速调

7、节，这就是变频调速的基本原理。在进行电动机调速时，希望保持电动机中的每极气隙磁通为额定值，以便能充分发挥电动机的带负载能力，但事实上，只改变f1并不能做到这一点。如忽略电动机定子阻抗压降，有于是异步电动机的感应电动势和电磁转矩表达式为：若降低，则上升，由于在设计电动机时，的额定值一般是选择在接近定子铁芯的临界饱和点处，因此，当小于额定频率时，会超过额定值，从而引起主磁通饱和，导致励磁电流急剧升高，使定子铁芯的损耗急剧增加。这两种情况在实际应用中都是不允许的。分析：在只改变f1调速时，若f1上升，则下降，于是也将下降，即电动机拖动负载的能力将下降，甚至会因

8、为拖不动而出现堵转现象；结论：只改变频率f1实际上并不能正常地调速。在许多场合，