交流电动机变频调速应用技术

恒转矩控制实际上
是恒磁通控制。通过控
制U1与f1可实现之。
I
• 异步机每相绕组U1≈E1=4.44f1N1Φm，在U1一定时，若f1↓ 到基频50Hz以下则Φm↑导致饱和。理想上应使 E1/f1=const，即恒电势频率比，实际上E1难以检测与控
制，由于E1≈U1，采用 U1/风机水泵类生产机械耗电量 占全国工业用电总量的一半左右。油田风机水泵类机 械很多，功率也较大，注水泵、油气集输、采油泵； 炼油石化行业的供油泵、空压机、锅炉引风机、送风 机、恒压供水等。由于没有解决三相异步机的调速问 题，调液体排量靠阀门，风机调风量通过调挡板，压 力大部分降在挡板、阀门上，大量的电能白白浪费。
n f1>f1N
n0 f1N
图 1-3
f1<f1N
T Tm
不变 ， f T 得机械特性。
1
m
m
由P=T·Ω, Ω—角速度，当n↑，应使T↓，可以允许恒功率。
试想若n↑>nN，负载Tc不变，则P>PN，I1>IN不允许(U1不变， 保持额定)。
通常，恒T和恒P两种控制方式结合起来：从nN 往低调，采用恒转矩(加补偿)，往高调采用恒功率
恒P时Φm↓，类似于DC机弱磁调速。
控制所遵循的协调控
I2’ x2 r2’/s
制条件。
由T=KTΦmI2cosψ2，若Φm不变，变频调速前后输出转 矩保持恒定，不会带来I2的增大，故允许恒转矩调速。
VVVF—variable voltage variable frequeney
I1=I0+I2’
• 机械特性：在恒压频比控制下的机械特性在低
未加定子电压补偿时 适合的调速范围不大，如 加 补 偿
风机泵类转速过低时，泵
效显降，一般在30～50Hz，
带补偿的压频协调控制，
适合大范围调速，低到几 Hz，恒转矩。低频空载时， 电阻r1压降很小，应减小 补偿量，以防Φm过大(虚线 所示)。
f1N
f1
图 1 -2
§1.3 变频调速的
由U1≈E1=4.44f1N1Φm，当 f1>f1N (50Hz）时，U1保持UN
§7.5 其它保护功能 §7.6 故障的处理
第一章 变频调速的控制方式与机械特性
§1.1 引 言
• 交流异步电动机的广泛应用
交流三相异步电动机是国民经济各行各业应用最为广泛 的电机，小到数百瓦，大到数MW。
• 三相异步电动机的特点：
结构简单，造价低廉，坚固耐用；
调速非常困难 凡是不需要调速的场合用AC机，凡 需调速的场合都用DC机， n
变频调速作为一门新兴高科技综合技术，涉及电机电 器、电力工程、电力电子技术、微电子技术、计算机 机控制，自动控制等多门学科，机电渗透，强弱电结 合。
§1.2 变频调速的恒转矩控制
• 任何电机铁芯的额定工作磁通ΦN一般处于临界值附近， 即磁化曲线的线性区顶部，ΦN太小没有充分利用铁芯
是一种浪费。ΦN大小直接决定着电磁转矩(出力)。但 若Φ>ΦN，铁芯饱和，μ↓↓，励磁电流过大，绕组过 热。故一般在调速时，Φm保持额定值基本不变。
频区Tm↓，因为在低频区r1引起的压降相对增大 (因为U1很低，r1上压降相对比重增大)，不可再 忽略，故虽然压频比恒定，但
E1/f1↓→Φm↓→Tm↓ 低频起动时Tst也减小。
n f1>f1N
n0 f1N
图 1-3
f1<f1N
T Tm
• 函数发生器补偿：随f1↓， 使U1/f1比值适当增大，从 U 1 而使E1/f1及Φm基本恒定。
这已是传统的分工格局。
起动电流大，起动
转矩小。
• 交流电动机调速
的迫切需要
TL Tst
T
交流电动机的平滑无级调速在工业领域特别需 要，可以带来巨大的经济效益。
工艺调速传动 按一定的工艺要求控制电机转速，以 提高产品质量、产量和劳动生产率，如 机械加工、轧 钢、纺织、化工、采油等部门。抽油机需要跟踪液位, 改变冲次,提高泵充满度及效率，改变上下冲程速比。
目录
第一章 §1.1 引言 §1.2 §1.3 变频调速的恒功率控制
第二章 变频器的基本原理 §2.1 交-交变频器 §2.2 交—直—交变频器的结构 §2.3 SPWM变频器主电路及输出波形 §2.4 PWM逆变器的两种工作状态
§2.5 PWM
§2.6 逆变器的滞环电流跟踪控制 第三章 变频调速的矢量控制概述
§3.1 §3.2 矢量控制系统的构想 第四章 第五章 变频器的主电路接线端子及连接方式 第六章 变频器的运行控制 §6.1 输出频率的设定 §6.2 变频器的启停运行与正反转控制
§6.6 电压/频率控制的设定功能 §6.7 转差补偿、矢量控制和自动电压调整等
功能的设定 §6.8 节能运行功能 §6.9 变频器的多步速控制功能 §6.10 交流电动机的变频与工频运行切换 第七章 变频器的保护与故障处理 §7.1 过电流保护功能 §7.2 过载（OL）保护功能 §7.3 电压保护功能 §7.4 瞬时停电的处理
传统的供水系统，调压力靠阀门，晚上用水量很 小时开得很小，压力几乎全降在阀门上。
为防止憋泵，另用一阀门 控制打回流，浪费电能。 恒压供水：通过压力传感器， 反馈控制电机变频调速，保 持水管恒压。
据测算，将风机水泵类 生产机械由原来的恒速调挡 板、阀门改为变频调速可节 电30%～40%，尤其是对大功 率负载，节能意义更为重大， 是交流调速非常广阔的应用 领域。
• 交流变频调速的发展
改变异步机转速的最理想方式是改变交流供电频率，
即变频调速。n n0 1 s,
n0
6 0 f1 p
在工业发达国家，变频器应用已经非常普遍，交流调
速取代直流调速，已占据调速传动的绝对统治地位。
目前我国变频器应用越来越广泛，但进口产品统治整 个国内市场。影响推广普及的主要因素是价格昂贵， 每千瓦1千元左右。我国已经将变频调速列为国家重 点推广的十大高新技术之一。