异步电机变频调速共74页
异步电动机变频调速系统课件
Wb。
只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通m的目的，因此，需要
考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 ▪ 为保持主磁通不变，在变频时必须同时变压，使得压频比为一常
数, 这也是VVVF控制又被称为恒压频比控制的原因。
异步电动机变频调速系统培训课件
异步电动机变频调速系统
第一节 变频调速的基本工作原理 第二节变频调速的基本控制方式和机械特性简介 第三节调速用静止式变频器的类型及其特点
变频器的分类
对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器， 其功能是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变 频交流电，变频伴随变压。 变频器的基本分类如下：
Eg/ω1控制的机械特性是一组
形状与恒压恒频机械特性相同， 且平行下移的特性。这就是说， 在恒压频比的条件下改变频率
1 时，
机械特性基本上是平行下移，它 们和直流他励电机变压调速时 的情况基本相似 所不同的是:当转矩增大到最大 值以后，转速再降低，特性就
折回来了。而且频率越低时最 大转矩值越小。
n 1N 11 12 13
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。
ns n0 0
sm
Temax
Te
0
1
Temax
Te
恒压恒频时异步电机的机械特性
二、变频调速的机械特性简介
1.恒Eg/ω1控制（Eg/ω1=恒值）
当Eg/ω1为恒值时，Temax恒定
不变，随着频率的降低，恒
fX(Hz) 50 25 5
三相异步电动机变频调速
一、三相异步电动机变频调速原理由于电机转速〃与旋转磁场转速小接近，磁场转速小改变后，电机转速“也就随之变化，由公式小=普可知，改变电源频率八，可以调节磁场旋转，从而改变电机转速，这种方為为变频调速。
根据三相异步电动机的转速公式为n = 丄(1-5)= 771(1-5)P式中八为异步电动机的定子电压供电频率；"为异步电动机的极对数；s•为异步电动机的转差率。
所以调节三相异步电动机的转速有三种方案。
异步电动机的变压变频调速系统一般简称变频调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种异步电动机调速系统中效率最高，同时性能最好，是交流调速系统的主要研究和发展方向。
改变异步电动机定子绕组供电电源的频率八，可以改变同步转速”，从而改变转速。
如果频率八连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。
三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为UgE\=4A4f\N\k” 如式中&为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；门为定子电源频率；M为定子每相绕组匝数；也为基波绕组系数，伽为每极气隙磁通量。
如果改变频率八，且保持定子电源电压S不变，则气隙每极磁通加将增大, 会引起电动机铁芯磁路饱和，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，这是不允许的。
因此，降低电源频率「时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通伽的目的。
.1、基频以下变频调速为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率门时，保持+为常数，使气每极磁通加为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。
这时，电动机的电磁转上式对$求导，即空=0 ,有最大转矩和临界转差率为S>n = -==: ------- 由上式可知：当于二常数时，在八较高时，即接近额7n2+（xi + /2）2f'定频率时，门幺g+*2）,随着的降低，刀”减少的不多；当较低时，（M + X‘2）较小；八相对变大，则随着「的降低，几就减小了。
显然，当八降低时，最大转矩几不等于常数。
三相异步电动机的变频调速.
三相异步电动机的变频调速一、三相异步电动机的调速关系式：n=n0（1-s）=60f 1（1-s）/p 改变转速有以下几种方法：1、改变电动机的极对数P2、改变电动机的转差率S3、改变电动机的电源频率F1二、异步电动机的调速特性：1、变极调速优点：调速方法简单，机械特性较硬缺点：调速平滑性差，转速成倍变化，不能完成无极调速2、调转差率调速（1）笼型电动机定子调压法和电磁调速法优点：变速方便，可以完成无极调速缺点：机械特性较软（2）绕线转子异步电动机的转子回路串电阻缺点：不能完成无极调速，浪费电能3、变频调速（1）、基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速1）为什么要恒磁通变频调速？2）怎样才能做到变频调速时磁通恒定由每极磁通φ=E1/4.44N1F1，可知，磁通φ的值由 E 和 F 共同决定，对 E 和 F 进行适当控制，就可以使磁通保持额定值不变。
（2）基频以上恒功率（恒电压）变频调速由每极磁通φ =E1/4.44N 1F1，可知，要使电压恒定不变，主磁通φ随 F 的上升而应减小。
总结：随着转速的提高，要使电压恒定，磁通就自然下降，当转子电流不变时，其电磁转矩就会减小，而电磁功率却保持恒定。
变频器的操作一、变频器的接线1、主回路接线R、R、T：接交流三相电流U、V、W：接三相异步电动机2、控制回路的接线（1）正转起动信号：STL（2）反转起动信号：STR（3）起动自保持选择信号：STOP（4）输入信号中具有功能设定的有：RL、RM、RH、RT、AU 、JOG、CS二、操作面板1、操作面板的名称和功能上半部分为显示器，下半部分为各种按键。
MODE ：可用于选择操作模式或设定模式SET：用于确定频率和参数的设定三、应用实例1、全部清除答：1）设定pr.79=1或0 PU 操作模式下，2）按MODE 键至“帮助模式”3）按▲键至“全部清除” （ALLC ）4）按SET 出现“ 0”，按▲键将“ 0”改为“ 1”5）按SET 键 1.5s 即可2、运行操作方式的选择（1）PU 运行操作方式：设置电动机以48HZ 运行并操作答：设置：1）设定pr.79=1 PU 操作模式下2）按MODE 键至“频率设定模式”3）按▲键改变设定值4）按SET 键 1.5s 即可操作：1）开始：按FWD 或REV 键（电动机起动，自动地变为监视模式，显示输出频率）2）停止：按STOP 键（2）外部运行操作方式：设置电动机以50HZ 运行1）开关操作运行答：1、设定pr.79=2 外部操作模式下2、将起动开关STF 或STR 处于NO，电动机即运行3、调节电位器可对电动机进行加速、减速控制2）点动运行答：1、设定pr.79=2 外部操作模式下2、设定“点动频率” pr.15 为5HZ3、设定“点动加/减速时间pr.16 为3S4、接通“ JOG”或“ STR”进行正反转点动运行3）组合运行操作方式1）组合操作模式1（运行频率由PU 设定，起动信号由外部输入）答：设定pr.79=3 组合操作模式下完成2）组合操作模式 2 （运行频率由外部输入设定，起动信号PU 设定）答：设定pr.79=4 组合操作模式下完成pr.79 的参数设置pr.79=0 PU 或外部操作可切换pr.79=1 PU 操作模式（起动信号和运行频率均由PU 面板设定）pr.79=2 外部操作模式（起动信号和运行频率均由外部输入）pr.79=3 外部/PU 组合操作模式 1（运行频率由PU 设定，起动信号由外部输入）pr.79=4 外部/PU 组合操作模式 2（运行频率由外部输入设定，起动信号PU 设定）pr.79=5 程序运行模式3、输出频率跳变跳变：电气频率与机械频率发生共振，容易发生负载轻或没有负载及变频器跳闸现象在FR-A500 变频器上通过pr.31~ pr.32 pr.33~ pr.34 pr.35~ pr.36 设定 3 个跳变区域，跳变频率可以设定为各区域的上点或下点，pr.31 为频率跳变“ 1A” pr.33 为频率跳变“ 2A” pr.35 为频率跳变“ 3A”。
异步电动机的调速PPT课件
2〕额定工作点，其特点是：
3〕起开工作点，其特点是：
4〕临界工作点，其特点是： 且最大转矩为 临界转差率为
式中“＋〞号适用于电动机状态；式中“－〞号适用于发电机状态。
〔2〕人为机械特性： 降低定子回路端的人为机械特性； 定子回路串接三相对称电抗或电阻时的人为机械特性； 转子回路串接三相对称电阻时的人为机械特性； 改变定子电源频率的人为机械特性〔变频原理〕
4. 三相异步电动机的制动
〔1〕能耗制动：其特点是在定子两相绕组上加上直流电压或电 流，产生制动转矩，使电机停车，机械特性由第一象限转为 第二象限。
〔2〕反接制动：分为定子两相反接的反接制动和倒拉反接制动 两种。其特点是n1 与n反向，假设是定子电流反接制动〔产 生对抗性转矩〕，那么T 与TL同向，机械特性由第一象限转 为第二象限，使电机迅速停车〔当n ＝0时要及时拉开电源， 否那么反转〕；假设是倒拉反接制动〔产生对抗性转矩〕， 那么T 与TL仍反向，机械特性由第一象限转为第四象限，电 机反转使重物匀速下降。
绕组过热而损坏电m机，这是不允许的。因此，降低电源频率f1时，必须同时降
低电源电压，以到达控制磁通 的目的。对此，需要考虑基频〔额定频率〕 以下的调速和基频以上调速两种情况。
m
10.4.1 基频以下变频调速
为要使保持 m不变，随频率变化，电动势也将随之按
正比例变化，即
E1 f1
4.44N1KN1m
3.三相异步电动机的起动
〔1〕直接起动：只有在电网或供电变压器容量允许的前提 下才能采用。一般用于容量小于7.5kw 的鼠笼式异步电动 机的直接起动。
〔2〕鼠笼式异步电动机的降压起动：如定子回路串接电抗 或电阻，ㄚ－Δ，自耦变压器，。
异步电动机变频调速
异步电动机变频调速第一节异步电动机基本知识1、概述由于大功率电力电子技术（GTO、IGBT、IGCT等器件）和计算机技术的迅速发展，异步电动机也可象直流电动机一样，其速度可在大的速度范围内进行调节。
因而，在工业电力拖动和铁道电力牵引等行业，大量采用异步电动机代替直流电动机，以降低设备的投资和维修成本。
2、异步电动机基本方程和特性2.1、转速方程式异步电动机的转速方程为：n=60f1/p(1-s)=n1(1-s)式中：n-电动机转速(rpm)f1-定子供电频率(Hz)s-转差率p-电动机极对数n1-定子旋转磁场的同步速度(rpm)2.2电压方程式U1=E1+IZU1≈E1=4.44 f1WK1Φ（V）U1-定子每相电压(V)E1-定子每相反电势(V)W-定子每相绕组匝数K1-基波绕组系数Φ-每极气隙磁通(韦伯)2.3 等效电路图异步电动机等效电路图如图1：图1 异步电动机等效电路图r1-定子绕组电阻x1-定子绕组漏抗r m-定子激磁电阻x m-定子激磁电抗r’2-转子绕组电阻（归算到定子側） x’2-转子绕组漏抗（归算到定子側）r2-负载等效电阻2.4 机械特性异步电动机转矩-转速特性如图2所示：图2 异步电动机转矩-转速特性第二节鼠笼式异步电动机的起动和调速1、鼠笼式异步电动机传统的起动方法在各种旋转电机中，鼠笼式异步电动机是最为简单的一种，它有很多的优点。
从使用的角度耒看，它价格低廉、构造简单、坚实可靠、维护容易；从性能上耒看，它漏磁通较小,功率因数较高,过载能力较大。
其缺点是起动特性较差，即在额定电压下起动时，起动电流大，起动时的功率因数很低，起动时的转矩小。
为了降低在额定电压下起动时的起动电流,传统的方法有:1)在定子线路中串联电抗器起动,如图3所示：图3 串联电抗器起动其缺点是如降低起动电流50%，则起动转矩将降低75%（与额定电压下起动时相比）。
2)用自耦变压器起动, 如图4所示：图4 自耦变压器起动,设自耦变压器的变比为K，则起动电流降低为1/K2倍。
交流异步电动机变频调速原理
第一节 交流异步电动机变频调速原理根据电机学原理，交流异步电动机的转速可表示为：)1(**60s pf n -= （2-1-1） 式中： n 一 电动机转速/分钟，单位：r/min ；p 一 电动机磁极对数；f 一 电源频率，单位：Hz ；s 一 转差率，10<<s 。
注：p 是磁极对数，不是磁极数。
由式（2-1-1）知，影响电动机转速的因素有：电动机的磁极对数 p ，转差率 s 和电源频率f 。
对于给定的电动机，磁极对数 p 一般是固定的；通常情况下，转差率 s 对于特定负载来说是基本不变的，并且其可以调节的范围较小，加之转差率 s 不易被直接测量，调节转差率来调速在工程上并未得到广泛应用。
如果电源频率可以改变，那么通过改变电源频率来实现交流异步电动机调速的方法应该是可行的，这就是所谓变频调速。
由电机学原理知，如忽略绕组间的互感、绕组的漏感及空间电磁谐波，交流异步电动机的相等效稳态电路如图 2-1-1。
图 2-1-1 交流异步电动机的相等效稳态电路由戴维南定理，图 2-1-1电压平衡方程式为：U = E + I * r （2-1-2）式中： U 一 相电压 ；E 一 定子绕组的感应电动势；I 一 定子绕组的相电流；r 一 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和。
交流异步电动机的定子绕组的感应电动势是定于绕组切割旋转磁场磁力线的结果， 其有效值计算如下：E = K * f * Φ （2-1-3） 式中：Ｋ 一 与电动机结构有关的常数；ｆ 一 电源频率；Φ 一 磁通量 。
由式（2-1-2）知，加在电机绕组端的电源电压Ｕ，一部分产生感应电动势Ｅ，另一部分消耗在电阻 r （ 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和 ）上 。
其中定子绕组的相电流 I 由两部分构成：21I I I += （2-1-4）电机的定子电流有一小部分1I 用于建立磁场的主磁通，其余大部分2I 用于产生拖动负载的电磁力。
异步电动机变频调速控制系统
可控整流器 1 电源
六拍逆变器 异步电机
~
电压 检测器 脉冲 放大器 脉冲 放大器
M
1、基准部分 2、整流器控制部分 3、逆变器控制部分
电流 检测器 整 流 器 控 制 部 分
相位 控制器
脉冲 分配器
逆 变 器 控 制 部 分
电流 调节器
电压－频率 变换器
电流 比较器 电压 调节器
电压比较器
绝对值 变换器
转差频率控制的基本原理
转差控制系统中控制气隙磁通恒定的方法 有直接控制和间接控制两种。 直接控制气隙磁通的方法是用检测线圈或 霍尔片检测气隙磁通，以此为反馈量进行 闭环控制，而间接控制气隙磁通的方法则 是通过控制定子电流或定子电压以控制励 磁电流，励磁电流恒定则气隙磁通恒定。
转差频率控制的基本原理
转差频率控制的基本原理
转差频率控制的基本原理
对式（6）求导，并令 可求出 w R2 T
slm
dT 0 dwsl
Ll2
max
2 kmm 2 Ll2
2 2 wslm与 m 无关， max 与 m 成正比 T
w 如果wsl较小，sl Ll2 R2则可忽略ws Ll2 ，式(6)简化为
所谓“通用”，包含着两方面的含义： （1）可以和通用的笼型异步电机配套使用； （2）具有多种可供选择的功能，适用于各种 不同性质的负载。 下页图绘出了一种典型的数字控制通用变 频器-异步电动机调速系统原理图。
1. 系统组成
K UR R0 R0 R11 R R2 R UI M 3~
Rb R
b
~
对于电压型逆变系统，无论输出电压是方 波还是脉宽调制波，电流的谐波含量都比 电压谐波含量大；而且在不同频率以及脉 宽调制的不同载波比时，电流谐波分量又 在很大范围内变化。因此，检测电压作为 反馈量进行控制更能提高控制的精度。 Φ m恒定的实现方式 通过U/f＝const，低频时适当补偿定子电 阻压降的影响即可以实现恒磁通的控制。
异步电动机变频调速系统PPT课件
目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领 域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、 高精度、大容量、微型化、数字化和智能化方向发展。
主回路 18
.
主回路：整流桥为三相全控桥，逆变器为1200导电型，中间环节采用 电抗器滤波，为电流型变频调速系统。
电压控制回路：采用电压外环、电流内环的双闭环结构。电压控制回 路采用了相位控制技术。关于电压控制回路的说明：
采用闭环控制电压，来保证实际电压与给定电压相一致。
电流调节器的给定值为电压调节器的输出值，而反馈值为电动机 电流的实际值。一方面，采用闭环控制电流，可保证实际电流与 给定电流一致，且在动态过程中，能够保证恒流加速或减速。另 一方面，如果按电机最大允许电流设计电压调节器的限幅值，能 保证主回路电流不超过最大允许电流，提高了可靠性。
.
9
3、斩波器调压
换流器—L—C
斩波器调压原理图如下：
斩波器：调压
换流电路
逆变器：调频
二极管 整流器
晶闸管 VT
开关
VD
L 斩波器 C
逆变器
M 3~
整流器采用三相二极管整流桥，把交流电变换成直流电； 逆变器采用三相全控桥，实现变频； 斩波器采用脉频调制或脉宽调制，输出大小可调的直流电压。
特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。
G
图 六行电 恒电 频 回压 ， 控给 在 性载保 ；跃把将为环 三
+
GF
AVR GT1
-
异步电动机变频调速
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。
整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
变频器选型：变频器选型时要确定以下几点：1) 采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。
2) 变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。
3) 变频器与负载的匹配问题；I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。
II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。
对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。
III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。
4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。
因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。
5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。
6) 对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的降容，变频器容量要放大一挡。
变频器控制原理图设计：1) 首先确认变频器的安装环境；I.工作温度。
变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。
在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。
第六章 交流异步电动机变频调速系统
恒Eg/1特性分母中含s 项的参数要小于恒 Us/1特性中的同类项，也就是说，s 值要更大
一些才能使该项占有显著的份量，从而不能被
忽略，因此恒Eg/1特性的线性段范围更宽。 将式（6-12）对s 求导，并令dTe/ds = 0，
可得恒Eg/1控制特性在最大转矩时的转差率和
最大转矩
sm
Rr'
1L'lr
异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性
恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性
Te
3np
Us
1
2
(sRs
Rr'
)2
s1Rr' s212 (Lls
L'lr
)2
特性分析
（6-4）
当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
Te
3np
Us
1
2
s1
Rr'
s
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。
Te
3np
Eg
1
2
s1
Rr'
s
（6-13）
这表明机械特性的这一段近似为一条直线。
当s 接近于1时，可忽略式（6-12）分母中
的Rr'2项，则
Te
3np
Eg
1
2
Rr'
s1L'l2r
1 s
（6-14）
s 值为上述两段的中间值时，机械特性在直
线和双曲线之间逐渐过渡，整条特性与恒压频
比特性相似。
但是，对比式（6-4）和式（6-12）可以看出，
而式（6-10）的最大转矩表达式可改写成
第6章异步电动机变频调速系统
将每一等份正弦曲线与横轴所包围的面积用一个与此面 积相等的等高矩形脉冲来代替，矩形脉冲的中点与正弦 脉冲的中点重合，且使各矩形脉冲面积与相应各正弦部 分面积相等，得到图6.2.1(b)所示的脉冲序列。根据冲量 相等、效果相同的原理，该矩形脉冲序列与正弦半波是 等效的。同样，正弦波的负半周也可用相同的方法来等 效。由图6.2.2可见，各矩形脉冲在幅值不变的条件下， 其宽度随正弦规律变化。 这种宽度按正弦规律变化并和正弦波等效的矩形脉冲序 列称为SPWM（Sinusoidal PWM）波形。
实际变频器中，更多地使用双极性调制方法。 双极性PWM调制采用的是正负交变的双极性 三角载波 u t 与正弦调制波 ur ，如图6.2.3所 示。 双极性控制时，逆变部分同一桥臂上下两个 开关元件交替通断。处于互补的工作状态。 例如，A相正半周时VT1与VT4交替反复导 通，调制波形见图6.2.3。
6.1 变频调速基本原理
6.1.1 变频调速基本原理
根据电机学原理可知，异步电动机的转速为
60 f1 n n0 (1 s) (1 s) p
（6.1.1）
n 式中， 0为异步电机同步转速； f1为定子供电 频率； p 为电动机的极对数；s 为转差率。
由此可见，若能连续地改变异步电动机的供电 频率 f1 ,就可以平滑地改变电动机的同步速度及 电动机轴上的转速，从而实现异步电动机的无 级调速，这就是变频调速的基本原理。
可见, 逆变电路是实现变频的关键部分, 它由六个 开关器件构成。这些电力电子开关器件必须满足 以下要求： 能承受足够大的电压和电流； 允许长时间频繁地接通和关断； 接通和关断的控制十分方便。
上述逆变电路虽然将直流电压变成了交流电压, 但其交流输出电压为方波，该方波与交流电动 机所需要的正弦波相差甚远，故应对逆变电路 的控制方式进行改进，使其能输出比较好的正 弦波电压，以满足交流电动机工作的要求。
2-6 异步电机变频调速理论
加入电流、 电压反馈后，调 速系统的机械特 性就变得和电压 源供电时完全相 同，特性得到改 造而实用。
四、变频器非正弦供电对异步电机运行性能的影响
当采用变频装置对异步电机供电时，电机 端输入的电压、电流非正弦，其中谐波分量对 异步电机，特别是对鼠笼式电机的运行性能会 产生显著影响。如使电机电流增大，损耗增加， 效率、功率因数降低，温升增加；还会出现转 矩脉动，使振动和噪声增大；绕组绝缘也可能 因过大电压梯度而易老化。
此种控制方式下的异步电机机械特性如图所示，它 具有以下特点：
① 整条特性曲线与恒 压频时发现比控制时性 质相同，但是E1 / f1控 制的机械特性的线性段 的范围比恒压频比控制 更宽，即调速范围更广。
② 低频下起动时起动转矩比额定频率下的起动转 矩大，而起动电流并不大 这是因为低频起动时转子回路中感应电势频 率较低，电抗作用较小，转子功率因数较高，从 而使较小转子电流就能产生较大转矩，有效地改 善了异步电机起动性能，这是变频调速的重要优 点。
定子电压U1随运行频率f1 ＝α f1N变化所 应遵循的规律： 式中：
其图形如右:
定子电阻R1越大， 即Q值越小， 定子电压所需补 偿的程度也越高。
在低频定子电阻压降补偿中，有两点值得注意： ① 由于定子电阻上的压降随负载大小而变化，若单 纯从保持最大转矩恒定的角度出发来考虑定子压降的 补偿时，则在正常负载下电机可能会处于过补偿状态， 即随着频率的降低，气隙磁通将增大，空载电流会显 著增加，甚至出现电机负载愈轻电流愈大的反常现象。 为克服这种不希望的情况出现，一般应采取电流 反馈控制使轻载时电压降低。 ② 在大多数的实际场合下，特别是拖动风机、水泵 类负载时并不要求低速下也有满载转矩。相反地为减 少轻载时的电机损耗，提高运行效率，此时反而采用 减小电压／频率比的运行方式。
交流异步电动机的变频调速技术-最新资料
交流异步电动机的变频调速技术电动机是进行工业、农业生产的一种重要工具,它能够将电能转变成为机械能从而满足生产的需要,也因此被广泛的运用到社会生产的各个领域。
一般来讲,电动机可以分为直流电机与交流电机,只是近年来随着技术的发展以及直流电机固有的缺点,人们对交流电机的运用更为广泛。
但是交流电机相对直流电机来说在调速方面有着一些困难,所以变频调速技术也就应用而生。
随着交流传动电动机调速理论研究逐步突破以及调速装置(主要为变频器)性能的完善,交流电动机调速系统的缺点(性能较差)已经基本得到了克服。
目前,交流调速系统的性能已经可以与直流系统相媲美,甚至可以超过直流系统。
不仅使交流调速系统控制装置体积小,效率高,而且还更容易实现各种功能复杂但在结构上简单的控制方案,更加充实和推动了变频器理论的进一步发展。
一、交流异步电动机的变频调速技术概述(一)交流异步电动机特点概述。
交流异步电动机是在现今社会经济条件下运用最为广泛的一种动力机械,其承载着工业生产以及农业生产等重要的任务。
但是作为一种机械设备,由于其特定的结构以及性能也有着属于自身的使用特点,具体来讲如下:1.交流异步电动机使用优点。
在电动机中主要有直流电动机与交流电动机,而交流异步电动机作为交流电动机的一种,具有自己明显的运用优势。
首先,它具有简单的结构,并且功能齐全,可靠性高;其次,在其内部,控制器可以自成系统,也就使得软件功能完善灵活;再次,其控制功能全面精确,使用寿命长;最后,它在工作的过程中拥有着较高的工作效率,并且机器本身的重量也轻,通用性强,具有较低的运行成本。
2.交流异步电动机使用缺陷。
虽然说,通过上面的分析我们可以看出交流异步电动机有着很多的运行优势,但是不可避免的它还是有着自身的一些缺点。
其中调速性能差是其主要的缺点。
它不能够像直流电动机一样进行灵活简单的调速,而是由于其工艺要求,需要一定的电动机调速上场合。
所以,很多时候人们也往往因为交流异步电动机这样的一个缺点,会选用直流电动机来进行作业,或者是运用新的技术,来让交流异步电动机的运行能够进行符合其工艺要求的调速。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 三相交交变频器的基本结构
23
• 输出星形联结方式三相交交变频电路
24
三相桥式交交变频电路
25
•特点
1、 结构上只有一个变换环节，省去了中 间直流环节，看似简单，但所用的器件数 量却很多，总体设备相当庞大。在技术上 很成熟。
2、 输出频率低。当采用三相桥时，输出频 率不能大于电网频率的1/3~1/2。
4
由式（7-1）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。
5
1. 基频以下调速
由式（7-1）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
E g 常值 f1
（7-2）
即采用恒值电动势频率比的控制方式。
子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要 费一些周折了。
3
• 定子每相电动势
Eg4.4f4 1NskN SΦ m （7-1）
式中 Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的 有效值（V）；
f1 —定子频率（Hz）； Ns —定子每相绕组串联匝数； kNs —基波绕组系数； m —每极气隙磁通量（Wb）。
26
3、 输入功率因数较低，谐波电流含量大， 频谱复杂，因此须配置谐波滤波和无功补 偿设备。
4、 一般主要用于轧机主传动、球磨机、水 泥回转窑等大容量、低转速的调速系统， 可以省去庞大的齿轮减速箱。
27
电压源型和电流源型逆变器
在交-直-交变频器中，按照中间直流 环节直流电源性质的不同，逆变器可以分 成电压源型和电流源型两类，两种类型的 实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器。 下图绘出了电压源型和电流源型逆变器的 示意图。
16
• 交-直-交PWM变频器基本结构
恒压恒频 (CVCF)
AC ~ 50Hz
中间直流环节
DC
C
PWM 逆变器
变压变频 (VVVF)
AC
调压调频 图7-10 交-直-交PWM变频器
17
PWM变频器的应用如此广泛，是由 于它具有如下的一系列优点： 1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有 逆变单元可控，结构简单。采用全控型 的功率开关器件，只通过驱动电压脉冲 进行控制，电路也简单，效率高。
6
• 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
U s 常值 f1
（7-3）
这是恒压频比的控制方式。
7
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 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。
•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。因此现在应用很广，是本速时，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。
2
➢ 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
18
2）采用PWM控制技术，基波比重大，谐波 受到很大抑制，因而转矩脉动小，调速范 围和稳态性能高。
3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应不 受中间直流环节滤波器参数的影响，系统 的动态性能也得以提高。
19
4）采用不可控的二极管整流器，电源侧功率 因素较高，且不受逆变输出电压大小的 影响。
5 ） PWM 变 频 器 常 用 功 率 开 关 器 件 有 ： PMOSFET，IGBT，GTO和替代GTO的电 压控制器件如IGCT、IEGT等。
14
• 交-直-交变频器基本结构
恒压恒频 (CVCF)
中间直流环节
变压变频 (VVVF)
AC ~ 50Hz
整流
DC 逆变
AC
图7-9 交-直-交（间接）变频器
15
由于这类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频器。
具体的整流和逆变电路种类很多，当 前应用最广的是由二极管组成不控整流器 和由功率开关器件（P-MOSFET，IGBT等） 组成的脉宽调制（PWM）逆变器，简称 PWM变频器，如下图所示。
20
2. 交-交变频器
交-交变频器它只有一个变换环节，把 恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换 成VVVF输出，因此又称直接式变频器。
有时为了突出其变频功能，也称作周 波变换器（Cycloconveter）。
21
•
CVCF
AC 50Hz~
VVVF
交－交变频
AC
图7-12 交-交（直接）变频器
22
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。
10
• 变压变频控制特性
Us Φm
恒转矩调速
UsN
ΦmN
Us
恒功率调速
Φm
O
f1N
f1
图7-2 异步电机变压变频调速的控制特性
11
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，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”。
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。
8
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
f1
图7-1 恒压频比控制特性
9
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。
返回目录
12
2 电力电子变频器的主要类型 本节提要
交-直-交和交-交变频器 电压源型和电流源型逆变器
13
7.3.1 交-直-交和交-交变频器
从整体结构上看，电力电子变频器可分 为交-直-交和交-交两大类。
1.交-直-交变频器 交-直-交变频器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，如下图所示。