变频调速技术及应用 教学课件 作者 王瑾 孙艳萍 主编第四章 变频调速.ppt

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1、笼型异步电机变压变频调速系统（VVVF系统）——转差功率不变型调速系统电力拖动自动控制系统第四章概述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，是本篇的重点。本章提要变压变频调速的基本控制方式异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性*电力电子变压变频器的主要类型变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术基于异步电动机稳态模型的变压变频调速异步电动机的动态数学模型和坐标变换基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统基于动态模型

2、按定子磁链控制的直接转矩控制系统4.1变压变频调速的基本控制方式在进行电机调速时，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。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。定子每相电动势（6-1）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

3、；—基波绕组系数；—每极气隙磁通量，单位为Wb。f1NskNsm由式（6-1）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（6-1）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Eg，使常值（6-2）即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（6-3）这是恒压频比的控制方式。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

4、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。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。OUsf1图6-1恒压频比控制特性带压降补偿的恒压频比控制特性UsNf1Na—无补偿b—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6-2异步电机变压变频调速的控制特性恒转矩调速UsUsNΦmNΦm恒功率调速

5、ΦmUsf1O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，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4.2异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性本节提要恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性基频以下电压-频率协调控制时的机械特性基频以上恒压变频时的机械特性恒流正弦波供电时的机械特性4.2.1恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性第5章式（5-3）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)。当定子

6、电压Us和电源角频率1恒定时，可以改写成如下形式：（6-4）特性分析当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则（6-5）也就是说，当s很小时，转矩近似与s成正比，机械特性Te=f（s）是一段直线，见图6-3。特性分析（续）当s接近于1时，可忽略式（6-4）分母中的Rr'，则（6-6）即s接近于1时转矩近似与s成反比，这时，Te=f（s）是对称于原点的一段双曲线。机械特性当s为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段，如图所示。smnn0sTe010TeTemaxTemax图6-3恒压恒频时异步电机的机械特性4.2.2基频以下电压-频率协调控制时的机械特性由式（6-4）机

7、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.恒压频比控制（Us/1）在第6-1节中已经指出，为了近似地保持气隙磁通不变，以便充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下须采用恒压频比控制。这时，同步转速自然要随频率变化。（6-7）在式（6-5）所表示的机械特性近似直线段上，可