交流调速系统与变频器应用 教学课件 作者 田效伍 第5章 异步电动机变频调速系统.ppt

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1、22七月2021第五章异步电机变频调速系统第一节交流电动机变频调速的基本理论第二节正弦波脉宽调制(SPWM)22七月2021异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。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。因此现在应用面很广，是本书的重点。概述22七月2021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

2、绕组过热而损坏电机。第一节交流电动机变频调速的基本理论一、变频调速基本原理对于直流电机，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。22七月2021定子每相电动势（5-1）式中：E1—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。f1N1Kwm（一）变压变频调速的基本控制方式22七月2021由式（5-1）可知，只要控制好E1和f1，便可达到控制磁通m的目

3、的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。22七月20211.基频以下调速由式（5-1）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E1，使常值（5-2）即采用恒电动势频率比的控制方式。22七月2021(1)恒压频比的控制方式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U1≈E1，则得（5-3）这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时U1和E1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U1抬高一些，以便近似地补偿定子压降。带定子压降补偿的

4、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。(2)带定子压降补偿的恒压频比控制方式22七月2021带压降补偿的恒压频比控制特性OUsf1图5-1恒压频比控制特性UsNf1Na—无补偿b—带定子压降补偿22七月20212.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U1N，最多只能保持U1=U1N，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。22七月2021变压变频控制特性图5-2异步电机变压变频调速的控制特性f1N恒转矩调速UsU

5、sNΦmNΦm恒功率调速Usf1OΦmN22七月2021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，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质；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22七月2021变频器按装置的结构形式分为交-交变频器和交-直-交变频器。目前应用较多的是交-直-交变频器。二、变频器简介对异步电动机进行变频调速，就要求为电动机提供一个频率可变的电源，即变频器。（一）变频器按装置的结构形式分类1.交-直-交变压变频器交-直-交变压变频器

6、先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如图所示。22七月2021图5-3交-直-交（间接）变压变频器变压变频(VVVF)中间直流环节恒压恒频(CVCF)逆变DCACAC50Hz~整流由于这类变压变频器在恒频交流电源和变频交流输出之间有一个“中间直流环节”，所以又称间接式的变压变频器。22七月2021交-直-交变频器控制方式(1)用可控整流器变压、逆变器变频，即调压和调频分别在两个环节上进行，两者要在控制电路上协调配合。优点：装置结构简单，控制方便。缺点：由于输入环节采用可控整流器，当电压和频率调得较低时，电网端的功率因数较小；另

7、外，输出环节多用由晶闸管组成的三相六拍逆变器(每周换流六次)，输出的谐波较大。(2)用不可控整流器整流、斩波器变压、逆变器变频，即整流环节采用二极管不可控整流器，再增设斩波器，用脉宽调压。这样虽然多了一个环节，但输入功率因数高，克服了第一种装置的缺点。输出逆变环节不变，仍有谐波较大的问题。22七月2021用不可控整流器整流、PWM逆变器同时变压变频。用不可控整流，则功率因数高；用PWM逆变，则谐波可以减少。这样，可以解决上述两种装置的两个缺点。谐波减少的程度取决于开关频率，而开关频率受器件开关时间的限制。如果仍采用普通晶闸管，其开关频率比六拍逆变器也