变频调速的基本控制方式和机械特性1(3-4).方案

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变频调速的基本控制方式ppt课件

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机械特性曲线
n
可见,当频率ω1提高 时,同步转速n1随之提 n1c 高,最大转矩减小,机 n1b
械特性上移;转速降落 n1a
1c 1b 1a
随频率的提高而增大, n1N 1N
1N <1a <1b <1c 恒功率调速
特性斜率稍变大,其它
形状基本相似。如右图
所示。
2024/7/16
O Te
图6-5 基频以上恒压变频调速的机械特性29
2024/7/16
22
结论
➢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 ➢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
➢最大转矩 Temax 是随着的 1 降低而减小的。频率很
低时,Temax太小将限制电机的带载能力,采用定子压 降补偿,适当地提高电压Us,可以增强带载能力
(U漏—漏磁阻抗压降;Us—每相电压),
当Us很大时,U漏很小;可以认为Us≈Eg 。
m
US f1
C
要改变f1实现调速,则同时应改变Us来保持Φm不变。
—恒压频比控制方式
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带定子压降补偿的恒压频比控制特性
但当f1太小时,忽略U漏则误差较大,这时可以人为增 大Us进行补偿,以减小误差。
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小结
电压Us与频率1是变频器—异步电动机调速系统的两个独立
的控制变量,在变频调速时需要对这两个控制变量进行协调 控制。 在基频以下,有两种协调控制方式。采用不同的协调控制方 式,得到的系统稳态性能不同。 在基频以上,采用保持电压不变的恒功率弱磁调速方法。
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交流电机变频调速原理与应用

交流电机变频调速原理与应用

异步电动机的“多功能控制器”。
3.风机、泵类的调速节能
风机、泵类的调速节能是调压调速系统应用得最多的领域之一。
3 异步电动机变频调速基础
变频调速时s变化很小,效率最高,性能也最好。
变频调速是异步电机交流调速系统的主流。
3.1 变频时的电压控制方式及控制特性
xK
1.变频的同时为什么要变压
r1
x1
②交交变频
电 动
鼠笼式转子
调压调速
机 感应电动机
交流调压
电压源型
常规意义 同步电动机
①变频调速,他控式
②变频调速,矢量控 制
①交直交变频 (整流+无源逆变) ②交交变频
①电流源型 ②电压源型
同 步
无换向器 电机
变频调速,自控式

动 机 无刷直流电动机 变频调速,自控式
开关磁阻电动机 变频调速,自控式
I1
定子每相电动势的有效值: E 14.44f1N 1kN 1 mU 1 U1
E1
x2
Im
xm
若f1↓,U1不变,则磁通Φm ↑ ,Im ↑ ↑ 。
rm
r2
I2 Er
若f1↑,U1不变,则磁通Φm↓,I不变时T ↓ 。
B m ,E1
结论:频率变化时,若不同时改变电压, 则会使电机的磁通 mN 大幅变化,这将使电机运行不正常甚至损坏电机,所以变频的
Ui
+
-
GT
U ct
+
TG
~ VVC
M 3~
Hale Waihona Puke 2.3 交流调压调速系统的制动
交调系统制动时,通常采用在定子绕组中通入直流电流(能耗制动)的方法。

变压变频调速的基本控制方式

变压变频调速的基本控制方式

图6-23 电流滞环跟踪控制时的电流波形a) 电流波形b) 电压波形图6-25 电压空间矢量定义三个定子电压空间矢量A0u ,B0u ,C0u ,使它们的方向始终处于各相绕组的轴线上,而大小则随时间按正弦规律脉动,时间相位互相错开的角度也是°。

三相定子电压空间矢量的合成空间矢量s u 是一个旋转的空间矢量,它的幅倍,当电源频率不变时,为电气角速度作恒速旋转。

当某一相电压为最大值时,合成电压矢量在该相的轴线上。

合成空间矢量C0B0A0s u u u u ++=可以定义定子电流和磁链的空间矢量s I 和s Ψ。

电压与磁链空间矢量的关系用合成空间矢量表示的定子电压方程式:R s u =很低时,定子电阻压降所占的成分很小,可忽略不计,则定子合成电压与合成磁链dtd sΨ或⎰≈dt s s u Ψ。

当电动机由三相平衡正弦电压供电时,电动机定子磁链幅值恒定,以恒速旋转,磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形(称为磁链圆)。

6-26 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场种工作状态,6种工作状态是有效的,因为逆变器这时并没有输出电压,称为“零矢量”对于六拍阶梯波的逆变器,在其输出的每个周期中3/π时刻就切换一次工作状态(即换相)刻内则保持不变。

随着逆变器工作状态的切换,电压空间矢量的幅值不变,而相位直到一个周期结束。

在一个周期中6形成一个封闭的正六边形,如图6-28所示。

由电压空间矢量运动所形成的正六边形轨迹也可以看作是异步电动机定子磁设定子磁链空间矢量为1Ψ,在第一个3π期间,施加的电压空间矢量为内,产生一个增量依此类推,可以写成 Ψ∆的通式,i Ψ的方向决定于所施加的电压图6-31 逼近圆形时的磁链增量轨迹表示由电压空间矢量1u 和2u 的线性组合构成新的电压矢量θθsin cos s j u + 中,1t 处于1u ,2t 处于2u ,s u 与矢量图6-32 电压空间矢量的线性组合用相电压表示合成电压空间矢量的定义,把相电压的时间函数和空间相位分开γ20)(j C e t u ,︒=120γ,当各功率开关处于不同状态时,线电压可取值为⎢⎢⎣⎡ ⎝⎛+=⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=010230201322321t T t U j e T t T t U e U d j d j d ππd U T t ⎪⎪⎭⎫022,s sin =θu d θsin , 由旋转磁场所需的频率决定,0T 与21t t +未必相等,来填补。

第三章 同步电动机的变频调速控制

第三章 同步电动机的变频调速控制

30年代
铝镍钴、铁氧体

易去磁
1
2 3
90年代 60年代 后期
铁氧体 稀土永磁: SmC05
3.6~4.0 24 33 38~40
价格低 (稀土的1/10) 热稳定性好 不怕去磁 钴含量高、价格高
70年代 初期
第三代
稀土永磁: SmC017 稀土永磁: 钕铁硼 Nd-Fe-B
我国储量世界第一, 温度可达200℃?
图示位置是转子磁极轴线 从某相绕组轴线转过30°的位 置,在此瞬间触发该相晶闸管, 从产生转矩的角度看是最有利 的。在此位置下,在绕组通电 的1/3周期里,载流导体正好 处于比较强的磁场中,所产生 的转矩平均值最大,脉动最小。 从时间相位上看,晶闸管触发 瞬间正好是该感应电势交变过 零之后的30°相位处,习惯上 将此点选作晶闸管触发相位的 基准点,称为空载换流超前 角 。
结 论
0 0 、 三相式,对转矩最为有利。
矛盾:
晶闸管靠反电势自然换流,要求 0 超前,目前常取 0 60 ,或按负载的 动态调节。转矩脉动大:凸极式无换向电 机中,还存在磁阻转矩,当 超前时为 0 负值,将使输出转矩减小。

二、逆变器晶闸管的换流问题
问题的提出: 直流无换向器电机的晶闸管直接接在直流电 源上,导通后无法自行关断,换流困难。必须采取 特殊的换流措施。 解决: 在过激状态下向逆变器提供超前的无功电流, 可利用电机的反电势来实现自然换流。
优点: (1) 只要精确地控制变频电源的频率就能准确控 制转速,无需速度反馈控制。 (2) 转矩干扰只影响同步电动机的功角,不影响 电机的转速可以在极低的转速下运行,调速范围 较宽。 (3)可以调节转子励磁来调节电机的功率因数,甚 至可在 下运行。 (4) 运行在超前功率因数下,有可能利用电动机 的反电势实现负载换流,克服强迫换流的弊病 (晶闸管)。 缺点:同步电机本身结构稍微复杂

交流电机变频调速及其应用第一章 异步电动机变压变频调速理论基础

交流电机变频调速及其应用第一章 异步电动机变压变频调速理论基础

I
' r
k
s Rr'
Us
n
s n0 n n0
I
' r
额定恒转矩条件下,降压则过载!例如冰箱、空调等。
U I 电动机为非线性负载,不能简单套用欧姆定律。
因此,降压调速的方法仅适用于负载较轻或 调速范围较小的情况。
11
交流力矩电机的机械特性
为了能在恒转矩负载下扩大调速范围,并使电机能
在较低转速下运行而不致过热,就要求电机转子有较高
第一章 第一章 异步电动机变频调速理论基础
主讲教师: 崔纳新
1
本章提要 • 1.1 异步电动机运行原理 • 1.2 异步电动机的机械特性 • 1.3 变频调速的基本控制方式 • 1.4 负载转矩特性及其与调速方
式的配合
2
1.2 异步电动机的机械特性
异步电动机不同的调速方式 异步电动机的机械特性
人为地改变
M
Te m a x Ten
ns
M称为过载倍数。 n0 0
a
sm
b
01
Tq TL
Temax Te
图1-7异步电动机固有机械特性
6
1.2 异步电动机的机械特性
• (2)异步电动机的工作区域,一般只能在 s 0 ~ sm 范围内,在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正
比,故称为机械特性的线性段,大于sm部分则为机械 特性的非线性段。
电磁转矩与定子电压的平方成正比。 3
1.2 异步电动机的机械特性
• 当电压Us和频率1一定时,机械特性方程式Te= f(s) 是一个二次表达式。在定子电压Us和频率1均为额定
值的情况下,可画出异步电动机的固有机械特性曲线
如图1-7所示。 n s

变频器的四种控制方式详解

变频器的四种控制方式详解

变频器的四种控制方式详解一、V/f恒定控制:V/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压,使电动机磁通保持一定,在较宽的调速范围内,电动机的效率,功率因数不下降。

因为是控制电压(Voltage)与频率(Frequency)之比,称为V/f控制。

恒定V/f控制存在的主要问题是低速性能较差,转速极低时,电磁转矩无法克服较大的静摩擦力,不能恰当的调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化; 其次是无法准确的控制电动机的实际转速。

由于恒V/f变频器是转速开环控制,由异步电动机的机械特性图可知,设定值为定子频率也就是理想空载转速,而电动机的实际转速由转差率所决定,所以V/f恒定控制方式存在的稳定误差不能控制,故无法准确控制电动机的实际转速。

二、转差频率控制:转差频率是施加于电动机的交流电源频率与电动机速度的差频率。

根据异步电动机稳定数学模型可知,当频率一定时,异步电动机的电磁转矩正比于转差率,机械特性为直线。

转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。

转差频率控制需要检出电动机的转速,构成速度闭环,速度调节器的输出为转差频率,然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率。

与V/f控制相比,其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。

另外,它有速度调节器,利用速度反馈构成闭环控制,速度的静态误差小。

然而要达到自动控制系统稳态控制,还达不到良好的动态性能。

三、矢量控制矢量控制,也称磁场定向控制它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出,以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。

由此开创了交流电动机和等效直流电动机的先河。

矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic。

通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流; It1相当于直流电动机的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。

2-交流电机变频调速详解

2-交流电机变频调速详解

以下情况要选用交流输出电抗器
变频器到电机线路超过100米(一般原则)

以下情况一般要选用制动单元和制动电阻 提升负载 频繁快速加减速 大惯量(自由停车需要1min以上,恒速运行电流小于加速电流的设备)
变频器选型—选型原则
使用通用变频器的行业和设备 使用矢量变频器的行业和设备
纺织绝大多数设备
冶金辅助风机水泵、辊道、高炉卷扬 石化用风机、泵、空压机 电梯门机、起重行走 供水 油田用风机、水泵、抽油机、空压机

0.4-315KW
EV1000 EV2000
TD3000 2.2-75KW TD3100 高 TD3300
高动态性能 动态性能好 总线设计 精确控制 网络化应用 行业专用
0.4-5.5KW
功 能
TD900
调速、通讯 操作简便
功能丰富 适用面广
高稳态性能
成 本
完整的功率段 行业专用

宽电压范围
元件化设计
R S T P1 (+) PB (-) U V
MOTOR
W
PE
POWER SUPPLY
制动电阻
工频电网输入 380V 3PH/220V 3PH
直流电抗器
三相交流电机
220V 1PH
变频器的构成—控制回路接口
接口类型 主要特点 主要功能
开关量输入
开关量输出 模拟量输入
无源输入,一般由变频 启/停变频器,接收编码器信号、多 器内部24V供电, 段速、外部故障等信号或指令
2.3 交流电机变频调速
•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。

变频调速的控制方式

变频调速的控制方式
5)矩阵式交—交方式 VVVF变频、矢量控制 变频、直接转矩控制变频都是交—直—交变频控制 方式中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐 波电流大,直流回路需要大的储能电容,再生能量 又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此, 矩阵式交—交变频应运而生。由于矩阵式交—交变 频省去了中间直流环节,从而省去了体积大、价格 贵的电解电容。它能实现功率因数为1,输入电流为 正弦且能四象限运行,系统的功率密度大。该技术 目前尚未成熟,仍吸引着众多的学者深入研究。其 实质不是间接的控制电流、磁链等量,而是靠把转 矩直接作为被控量来实现的。具体方法如下:
4)直接转矩控制(DTC控制) 直接转矩控制是 把电动机和逆变器看成一个整体,采用空间电压矢 量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算,通 过跟踪型 PWM 逆变器的开关状态直接控制转矩。因 此,无需对定子电流进行解耦,免去矢量变换的复
杂计算,控制结构简单。该技术在很大程度上弥补 了矢量控制的不足,并以新颖的控制思想,简洁明 了的系统结构,优良的动静态性能得到了迅速发展。 目前,该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功 率交流传动上。
直接转矩控制它以测量电动机电流和直流电压 作为自适应电动机模型的输入。该模型每隔25 μs 产生一组精确的转矩和磁通实际值,转矩比较器和 磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的 给定值进行比较获得最佳开关位置。由此可以看出 它是通过对转矩和磁通的测量,即刻调整逆变电路 的开关状态,进而调整电动机的转矩和磁通,以达 到精确控制的目的。
7)其他非智能控制方式 在实际应用中,还有 一些非智能控制方式在变频电源的控制中得以实现, 例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环 流控制、频率控制等。
2.智能控制方式 1)神经网络控制 神经网络控制方式应用在变 频电源的控制中,一般是用于比较复杂的系统控制, 这时对于系统的模型了解甚少,因此神经网络既要 完成系统辨识的功能,又要进行控制。而且神经网 络控制方式可以同时控制多个变频电源,因此神经 网络在多个变频电源级联时进行控制比较适合。但 是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具 体应用中带来不少实际困难。

变频器的六大调速方法

变频器的六大调速方法

电动机知识变频器的六大调速方法1.变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的,特点如下:具有较硬的机械特性,稳定性良好;无转差损耗,效率高;接线简单、控制方便、价格低;有级调速,级差较大,不能获得平滑调速;可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性。

本方法适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。

二、[1]方法变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。

变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类,目前国内大都使用交-直-交变频器。

其特点:效率高,调速过程中没有附加损耗;应用范围广,可用于笼型异步电动机;调速范围大,特性硬,精度高;技术复杂,造价高,维护检修困难。

本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。

变频调速分为基频以下调速和基频以上调速,基频以下调速属于恒转矩调速方式,基频以上调速属于恒功率调速方式。

2.串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,达到调速的目的。

大部分转差功率被串入的附加电势所吸收,再利用产生附加的装置,把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。

根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为:可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高;装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上;调速装置故障时可以切换至全速运行,避免停产;晶闸管串级调速功率因数偏低,谐波影响较大。

本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。

变频器调速原理及调速方法3.绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行。

变频器的控制方式及合理选用

变频器的控制方式及合理选用

变频器的控制方式及合理选用1.变频器的控制方式低压通用变频器输出电压在380~650V,输出功率在0.75~400KW,工作频率在0~400HZ,它的主电路都采用交-直-交电路。

其控制方式经历以下四代。

(1)第一代以U/f=C,正弦脉宽调制(SPWM)控制方式。

其特点是:控制电路结构简单、成本较低,但系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化,转矩响应慢、电机利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等。

(2)第二代以电压空间矢量(磁通轨迹法),又称SPWM控制方式。

他是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形。

以内切多边形逼近圆的方式而进行控制的。

经实践使用后又有所改进:引入频率补偿,能消除速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值,消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流成闭环,以提高动态的精度和稳定度。

但控制电路环节较多,且没有引入转矩的调节,所以系统性能没有得到根本改善。

(3)第三代以矢量控制(磁场定向法)又称VC控制。

其实质是将交流电动机等效直流电动机,分别对速度、磁场两个分量进行独立控制。

通过控制转子磁链,以转子磁通定向,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。

然而转子磁链难以准确观测,以及矢量变换的复杂性,实际效果不如理想的好。

(4)第四代以直接转矩控制,又称DTC控制。

其实质不是间接的控制电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被控制量来实现的。

具体方法是:a.控制定子磁链——引入定子磁链观测器,实现无速度传感器方式;b.自动识别(ID)——依靠精确的电机数学模型,对电机参数自动识别;c.算出实际值——对定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制;d.实现Band-Band 控制——按磁链和转矩的Band-Band 控制产生PWM信号,对逆变器开关状态进行控制;e.具有快速的转矩响应(〈2ms),很高的速度精度(±2%,无PG反馈),高转矩精度(〈±3%);f.具有较高的起动转矩及高转矩精度,尤其在低速时(包括0速度时),可输出150% ~200%转矩。

5.3 异步电动机的变压变频调速解析

5.3 异步电动机的变压变频调速解析
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5.3.2 变压变频调速时的机械特性 式(5-5)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)。 当采 用恒压频比控制时,可以改写成如下形式:
Us s1 Rr' Te 3np ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 (5-28) s r 1 ls lr 1

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
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
(5-11)
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; f1 —定子频率,单位为Hz;
2
• 特性分析 当s很小时,可忽略上式分母中含s各项,则
U s s1 Te 3np R' s r 1
2
(5-29)
s1
Rr'Te Us 3n p 1
2
10 R T 60 n sn1 s1 2 n p n
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。
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。
• 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
图5-9 恒压频比控制特性
2
Eg R s1 Rr' 3np R '2 s 2 2 L'2 s 1 lr 1 r

1-3 变频器的Uf控制方式

1-3 变频器的Uf控制方式
择的。
6.选择U/f控制曲线时常用的操作方法
1) 将拖动系统连接好,带以最重的负载。 2) 根据所带的负载的性质,选择一个较小的U/f曲线,在低速时观察电动 机的运行情况,如果此时电动机的带负载能力达不到要求,需将U/f曲 线提高一档。依此类推,直到电动机在低速时的带负载能力达到拖动系 统的要求。 3) 如果负载经常变化,在2)中选择的U/f曲线,还需要在轻载和空载状态 下进行检验。方法是:将拖动系统带以最轻的负载或空载,在低速下运 行,观察定子电流I1的大小,如果I1过大,或者变频器跳闸,说明原来选 择的U/f曲线过大,补偿过分,需要适当调低U/f曲线。
变频调速机械特性
4.对额定频率fN以下变频调速特性的修正
(1)TKx减小的原因分析
k f (k u k f ) U x E x M TKx Ux Ux
(2)解决的办法 适当提高调压比ku,使ku>kf, 即提高Ux的值,使得Ex的值增加。 从而保证Ex/fx=常数 。这样就能 保证主磁通Φ M基本不变。最终使 电动机的临界转矩得到补偿。 fx>fN时,电动机近似具有恒功率 的调速特性
2.变频调速基本原理(U/f)
3.恒U/f控制方式的机械特性 (1)调频比和调压比
fx=kffN
式中kf——频率调节比(也叫调频比) fN ——额定频率 。 变频也要变压:
Ux=kuUN
式中ku——调压比;UN ——电动机的额定电压。
(2)机械特性曲线的特征如下:
①从fN向下调频时,n0x下移, TKx逐渐减小。 ②fx在fN附近下调时: kf = ku→1,TKx减小很少, 可近似认为TKx ≈ TKN , fx调的很低时:kf = ku→0, TKx减小很快。 ③fx不同时,临界转差ΔnKx 变化不是很大,所以稳定工 作区的机械特性基本是平行 的,且机械特性较硬。

交流电动机变频调速控制方案

交流电动机变频调速控制方案

交流电动机变频调速控制方案(1)开环控制(2)无速度传感器的矢量控制(3)带速度传感器矢量控制( 4)永磁同步电动机开环控制6-12、试分析三相SPWM的控制原理。

在PWM型逆变电路中,使用最多的是图6-43a的三相桥式逆变电路,其控制方式一般都采用双极性方式。

U、V和W三相的PWM控制通常公用一个三角波载波uc,三相调制信号U ru , U rv 和, U rw的相位依次相差1200。

U、V和W各相功率开关器件的控制规律相同,现以U 相为例来说明。

当Uru > uc时,给上桥臂晶体管V1以导通信号,给下桥臂晶体管V4以关断信号,则U相相对于直流电源假想中点N’的输出电压UUN’= Ud/2。

当Uru < uc时,给V4以导通信号,给V1以关断信号,则UUN’=Ud/2。

V1和V4的驱动信号始终是互补的。

当给V1(V4)加导通信号时,可能是V1(V4)导通,也可能二极管VD1(VD4)续流导通,这要由感性负载中原来电流的方向和大小来决定,和单相桥式逆变电路双极性SPWM控制时的情况相同。

V相和W相的控制方式和U相相同。

UUN’、 UVN’和Uwn’的波形如图6-43b 所示。

可以看出,这些波形都只有±Ud两种电平。

像这种逆变电路相电压(uUN’、uVN’和uWN’)只能输出两种电平的三相桥式电路无法实现单极性控制。

图中线电压UUV的波形可由UUN’― UVN’得出。

可以看出,当臂1和6导通时,UUV = Ud,当臂3和4导通时,UUV =―Ud,当臂1和3或4和6导通时,Uuv=0,因此逆变器输出线电压由+Ud、-Ud、0三种电平构成。

负载相电压UUN可由下式求得(6-18)从图中可以看出,它由(±2/3)Ud,(±1/3)Ud和0共5种电平组成。

(a) (b)图6-43三相SPWM逆变电路及波形在双极性SPWM控制方式中,同一相上下两个臂的驱动信号都是互补的。

变频调速原理

变频调速原理

变频调速的基本方式在电机调速时,一个重要的因素就是希望保持磁通不变量m Φ为额定值不变。

如果磁通太弱没有充分利用铁心,是一种浪费;若要增大磁通,从而导致过大的励磁电流,严重时会因绕组果然热而损坏电机。

对于直流电机,励磁系统是独立的,只要对电枢反应的补偿合适,保持m Φ不变时很容易做到的。

在交流异步电机中,磁通是定子和转子磁势合成产生的。

三相异步电机每相电动势的有效值:·m N g k N f E Φ=11144.4 (1—1)式中:g E ——气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值,单位为V ;1f ——定子频率,单位为Hz ; 1N ——定子每相绕组串联匝数; 1N k ——基波绕组系数; m Φ——每极气隙磁通,单位Wb由(1—1)式可知,只要控制好感应电动势和定子频率,便可以达到控制磁通的目的,因此需要考虑基频以下和基频以上两种情况。

基频以下调速由式(1—1)可知,要保持m Φ不变,当频率从额定值n f 1向下调节时,必须同时降低g E 使常值=1f E g(1—2) 即采用固定的电动势频比的控制方式。

然而,绕组中感应电动势是难以控制的,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g U U ≈1,则得到:常值=11f U (1—3) 这是恒压频比的控制方式。

低频时,1U 和g E 都较小,定子阻抗压降所占的分量就比较显著,不能再忽略。

这时,可以认为的把电压1U 抬高一些,以便近似的补偿定子压降。

带定子压降补偿的恒压频比控制特性曲线有补偿的如图中的b 线,物补偿的如图中的a 线。

O Us f 1图6-1 恒压频比控制特性a b基频以上调速在基频以上调速,频率可以从n f 1往上增高,但电压1U 却不能增加得比额定电压n U 1还要大,最多只能保持n U U 11 。

由式(1-1)可知,这将迫使磁通与频率成反比的降低,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合起来,可得到如图所示的异步电动机变频调速的控制特性。

中级维修电工单元题库(12)判断题

中级维修电工单元题库(12)判断题

一、判断题1.(×)变频调速的基本控制方式是在额定频率以下的恒磁通变频调速和额定频率以上的恒转矩调速。

2.(√)当锉刀拉回时,应稍微抬起,以免磨钝锉齿或划伤工件表面。

3. (√)戴维南定理最适用于求复杂电路中某一条支路的电流。

4.(√)直流单臂电桥有一个比率而直流双臂电桥有两个比率。

5. (×)若电流源和电压源向完全相同的负载提供相同的电流,那它们内阻上通过的电流也一定相同。

6.( ×)在市场经济条件下,克服利益导向是职业道德社会功能的表现。

7.(×)企业文化的功能包括娱乐功能。

8. (×)三相对称负载做Δ联接,若每相负载的阻抗为10Ω接在线电压为380V的三相交流电路中,则电路的线电流为38A。

9.(√)三端集成稳压电路有三个接线端,分别是输入端、接地端和输出端。

10. (×)直流双臂电桥工作电流较大,故测量时要迅速以免损坏电桥。

11.(×)示波管的偏转系统由一个水平及垂直偏转板组成。

12.(√)晶体管特性图示仪是可以测试晶体二极管、三极管的特性曲线的电子仪器。

13. (×)直流双臂电桥可以较好地消除接线电阻和接触电阻对测量结果的影响,是因为双臂电桥的工作电流较大的缘故。

13.(√)在感性负载两端并联适当电容就可提高电路的功率因数。

14. (√)发现电桥的电池电压不足时应及时更换,否则将影响电桥的灵敏度。

15.(×)单结晶体管是一种特殊类型的三极管。

16.(√)电桥使用完毕后应将检流计的锁扣锁住,防止搬动电桥时检流计的悬丝被振坏。

17.(×)短路电流很大的场合宜选用直流快速断路器。

18. (×)变压器负载运行时的效率特性在直角坐标系中的图象是第一象限内以原点为始点的一条射线。

19.(√)在日常工作中,要关心和帮助新职工、老职工。

20.(×)生产任务紧的时候放松文明生产的要求是允许的。

变频器的六大调速方法

变频器的六大调速方法

电动机知识变频器的六大调速方法1.变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的,特点如下:具有较硬的机械特性,稳定性良好;无转差损耗,效率高;接线简单、控制方便、价格低;有级调速,级差较大,不能获得平滑调速;可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用,获得较高效率的平滑调速特性。

本方法适用于不需要无级调速的生产机械,如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。

二、[1]方法变频调速是改变电动机定子电源的频率,从而改变其同步转速的调速方法。

变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器,变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类,目前国内大都使用交-直-交变频器。

其特点:效率高,调速过程中没有附加损耗;应用范围广,可用于笼型异步电动机;调速范围大,特性硬,精度高;技术复杂,造价高,维护检修困难。

本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。

变频调速分为基频以下调速和基频以上调速,基频以下调速属于恒转矩调速方式,基频以上调速属于恒功率调速方式。

2.串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差,达到调速的目的。

大部分转差功率被串入的附加电势所吸收,再利用产生附加的装置,把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。

根据转差功率吸收利用方式,串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式,多采用晶闸管串级调速,其特点为:可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上,效率较高;装置容量与调速范围成正比,投资省,适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上;调速装置故障时可以切换至全速运行,避免停产;晶闸管串级调速功率因数偏低,谐波影响较大。

本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。

变频器调速原理及调速方法3.绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻,使电动机的转差率加大,电动机在较低的转速下运行。

异步电动机变频调速系统

异步电动机变频调速系统

异步电动机变频调速系统异步电动机变频调速系统是属于转差功率不变型调速系统,是异步电动机各种调速方法中调速性能最好、效率最高的一种调速方法,因而在实际生产中得到广泛应用。

变频调速的基本工作原理异步电动机的转速表达式为 )1(n 60p1s f n -==0n )1(s - 在三相异步电动机中存在下列关系:m N q k N f E φ11144.4=如忽略定子阻抗压降,则1U ≈ m N q k N f E φ11144.4=式中 1U -----定子相电压q E ——气隙磁通在定子每相绕组中感应电动势的有效值,V ;1f -----定子的电源频率1N ——定子每相绕组串联匝数;1N k ——基波绕组系数;m φ——每极气隙磁通量,Wb 。

变频调速的基本控制方式和机械特性变频调速的基本控制方式1. 基频以下调速控制方式要保持m φ不变,当频率1f 从额定值N f 1向下调节时,应同时降低q E ,使1f E q=常数,即采用恒定电动势频率比的控制方式。

1U ≈q E ,取11f U =常数,即采用恒压频比的控制方式。

在低频时,1U 和q E 都较小,定子阻抗压降所占的分量就比较显著,不能忽略,因而必须对1U 进行定子阻抗压降补偿,人为地把电压1U 提高一些,尽可能维持磁通m φ基本不变。

2. 基频以上调速控制方式在基频以上调速时,可以从N f 1往上增加,如要维持m φ恒定,必须随频率1f 的增加而相应增加1U ,但电压1U 一般不能超过电动机的额定电压N U 1,只能保持在电动机的额定电压N U 1上。

所以在基频以上调速时只能放弃维持磁通m φ恒值的要求,使磁通m φ与频率成反比地降低,相当于直流电动机的弱磁升速的情况。

在基频以下调速属于恒转矩调速,在基频以上调速属于恒功率调速。

变频调速的机械特性异步电动机恒压恒频时的机械特性当定子电压1U 和角频率1ω都为恒定值时,异步电动机的电磁转矩e T 为 2212122212121122211)()()(33l l p p m e L L s R sR R s U n s R I n P T ++'+'=''=Ω=ωωωω式中 m P ---电磁功率1ω---电源角频率1Ω--同步机械角速度p n --极对数1U --定子电压1R 、'2R --定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻1l L 、'2l L --定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感当s 很小时,可忽略上式分母中含s 项,转矩近似与s 成正比,这时机械特性)(s f T e =是一段直线,如图19-3所示。

变压变频调速、电压频率协调控制的基本原理及机械特性

变压变频调速、电压频率协调控制的基本原理及机械特性

第6章
笼型异步电机变压 变 频 调 速 系 统 (VV
系统)——转差功
率不变型调速系统
•0 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。
6.1 变压变频调速的基本控 制方式
• 1、原理
• 在进行电机调速时,常希望保持电机中每
极磁通量Φm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。
时突加短时的脉冲电流,以缩短起动时间。
• 软起动的功能同样也可以用于制动,用以
实现软停车。
5.6.2 轻载降压节能运行
• 三相异步电动机运行时的总损耗可用下式
表达∑p=pcus+pFe+pcur+pmech+ps
• 式中pcus—定子铜损; • pFe— 铁损; • pcur— 转子铜损; • pmech— 机械损耗; • ps— 杂散损耗。
• 完全空载时,理论上P2=0,则η=0。但实际
上生产机械总有一些摩擦负载,只能算作
轻载,这时,电磁转矩很小。
• 电磁转矩可表示成
Te KT mIr' cosr (5-23)
• 电动机在正常运行时,气隙磁通Φm基本不
变,因此轻载时转子电流 很Ir' 小,pcur很小, 但pFe、pmech、 ps基本不变,而定子电流 为 Is Ir' ,I0 受励磁电流的牵制,定子电流 并没有转子电流降低得那么多。
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INV
DC
+ ik
+
电机 jL1
+
Ud
-
~
~ vk -
ek ~ -
在逆变器处于逆变状态下,Vk供出功率 P=VkIkcos1, 当 1=0 ~ 90O ,P>0,vk确实为供出功率 ,ek 吸收功率, 即电机将输入功率(电动状态)转换为机械能;当电 机进入发电反馈制动工作状态时 (n>n0),Ik比Vk滞 后 1>90O ,cos1<0, P<0, 从而Vk供出功率为负 , 即 吸收功率,ek发出功率(发电),此时逆变器实际上能
•①无功能量的缓冲 变压变频调速系统的 负载是感性的,DC环节与电机之间除有功功 率传送外,还存在无功交换,电力电子器件 无法储能,无功能量只能靠DC环节作为滤波 器来缓冲能量,使它不致影响交流电网。主 要区别就在于以何储能元件,以何形式来来 缓冲无功能量,电压型以Ud电压形式,电流 型以Id电流形式。
AC DC DC
不控 整流
Chop
INV
AC
VV
VF
•不可控整流,PWM逆变器变压变频。 PWM——Pulse Width Modulation pf较高 ,PWM逆变谐波可以做得比较小 ,前面的缺 点得到解决。一般不用 SCR, 而是采用快速全控器 件 ,VV-VF 都由 INV 完成, Ud 基本不变。它是当前应 用最为广泛的一种结构形式,后面重点讲。
DC
AC AC
+
不控 整流
PWM INV
VVVF
Ud
-
电压型逆变器一般都带有反馈二极管 , 使桥臂 功率开关为电流双向开关(逆导开关),将发 出的三相电势整流,为大电容充电 ( 电流方向 改变),实现了能量的缓存。
但回馈不到电网,只能使Ud升高,甚至可能Ud 过高到器件不允许的数值,故对电压型变频器, 有时减频过快时 , 变频器会发生过压保护 , 报 警。 利用 PWM 可逆整流器实现电压型变频器的 再生制动 : 对倒发电制动能量的处理方式 ,最 理想的方向是将整流器改为 PWM 可逆整流 , 既 可以整流 , 又可以有源逆变 , 将 DC 侧能量逆变 到电网,但结构复杂。还可以与原整流器反并 联另一组三相逆变桥 ,令其工作于有源逆变状 态,Ud对它而言为负,但投资高。
动力制动: 通常变频器都配有选件,制动单元, 即与Ud并联一泄放回路,Ud过高时将功率开关打开, 使能量耗散于大功率电阻上。
P
+
Ud
_
N
§1.4节要点: 1 )理解逆变器的两种工作状态及发生条件; 2)电流型变频器实现回馈制动的原理; 3)电压型变频器不能回馈制动的原因; 4)电压型变频器动力制动原理; 5)电压型变频器减频不宜过快的原因。
VT5 C VT2
ia
+ ua — ua =
ia
~
ub
~
uc
~
在无源逆变电路中,三相负载通常是感性负载, 无法实现负载换流,必须另加辅助换流电路来强迫 换流。串联二极管式晶闸管逆变器正是利用串联二 极管和接的换流电容作为附加电路来完成强迫换 流的。 在电机进入倒发电状态时,逆变器的工作状态 又一次发生逆转。电机发出三相交流电势,由于 CSI的6只晶闸管触发方式与三相全桥可控整流完全 相同,从而形成对三相交流电压的整流作用,使直 流侧Ud上负下正,Id从Ud的正端流出,供出能量,为 Ld充磁。电机发出的能量,通过P-N间电压的改变方 向,实现电机向直流侧的能量回馈。
_
Id
_ Ud
VT1 A VT4
VT3 B
VT5
C
+
+
VT6
VT2
~
~
~
•电机侧与直流侧的无功能量交换:
电流型逆变器并不能通过反并联二极管改变直 流环节电流的方向,来实现无功能量的回馈,因为Id 不易改变方向,正象VSI的Ud不易改变极性一样。不 过可以通过改变P-N之间电压极性,使它为上负下正, 变为回馈状态,馈入Ld缓存,为Ld充磁。
VVVF
为实现VVVF,分为四种结构: •可控整流调压,逆变器变频。
DC
AC
AC
可控整流
调压
INV
VVVF
调频
为保持恒压频比 ,VV-VF 前后应协调控制。可控 整流的缺点:当输出频率、电压较低时,电网侧pf很 低,对电网有谐波污染。 •不控整流,斩波调压,逆变器变频。
由于不可控整流(用二极管),pf较高,斩波器脉宽 调压,多用了一个环节。实际应用较少。
④过流及短路保护 电压型不如电流 型易实现。 ⑤输出波形 电压型输出电流近正弦 ( 电压方波 ) ;电流型输出电压近正弦 (电流方波)。
§1.3节要点: •交直交变频器的结构类型及特点 , 各 如何实现VVVF。 •VSI和CSI的性能比较。
§1.4 交-直-交变频器的回馈制动 •异步电机再生制动的产生条件(n>n0): 1) 位能性负载; 2) 变频器减频快而转子惯性大。 •逆变器的两种工作状态: 通常逆变器处于逆变状态 , 交流侧为电机提供 VVVF电源,设其电压为Vk(k=1,2,3),即电机定子绕 组上所加电源电压(三相之一)。电机每相等效电路 中L1为定子绕组漏感,ek为旋转反电势。 在等效回路中,两个交流电源总是一个供出功率, 另一个吸收功率 , 取决于 ik与各电源的相位关系。 如同直流回路情况下,取决于I的方向。
I
R
V
E
+
Ud
Id
+
T>0 n
M
P
整流 <900
3~
逆变
n<n0 电动
a Ⅱ 发电 b c
Ⅰ 电动
d

电动
TL
Ⅳ 发电
若突然将f1减小, n0减小后,n惯性保持原速,对应 于b点,再生制动状态,制动减速,n减小,b-c段对应 T<0,在第Ⅱ象限,回馈制动阶段。继续减速是因为 T<TL,直到d点,T=TL平衡,以新的转速稳定运行。
+
Ud -
Ld
INV
实用中,两电解电容串联,以提高耐压,需加均压电 阻。C除滤波作用外,还起着能量缓冲作用,比如在 电机再生发电时,机械能反送(整流)到直流侧,C的 贮能作用可防止Ud过高损坏器件。也可用LC滤波。
+
-
Ud
Ld
Id
INV
CSI: 直流环节采用大电感滤波 , 对 DC 侧电 流起平波作用 , 内阻抗很大 , 对负载来说基 本上是一个恒流源 Id,输出给电机电流是矩 形波或阶梯波。随负载轻重不同 ,Id的大小 也不同,并非绝对恒流。惯性大,短时间内 近似恒流。 性能比较: 从主电路上看只是中间DC环节滤波器形 式不同,但却造成两类变频器性能上有相当 大的差异。
②回馈制动 采用交 - 直 - 交电压型逆变器, 通常在二极管整流或 SCR 可控整流情况下 , 无 法实现回馈制动,而电流型可以实现。因为电 流型变频器前面的可控整流由于用 Ld,便于实 现有源逆变 , 将直流侧能量馈入电网 , 而电压 型无法实现之。
③调速时的动态响应 电流型变压变频调速, 其直流电压可以迅速改变 ,Φ m变化快,从而调 速系统动态响应比较快。可控整流变压的电 压型动态响应慢得多 ,Ud 惯性大。但在 PWM 变 压变频时则响应快,它不需要Ud变化,靠PWM 控制实现变压变频。
M
P
+
在第Ⅱ象限倒发电状态 ,原来的CSI变成了整流 器作用,整流输出的电压平均值自然是上负下正。 第Ⅲ、Ⅳ象限运行 : 电机反转电动状态(Ⅲ), 再生制动时进入Ⅳ象限,这便是所谓的电机四象限 运行。
可见电流型变频器实现回馈制动时 , Id方向不 变(整流元件单导性 ),利用有源逆变来改变 Ud方向, 从而将再生能量回馈到电网。
应注意在再生制动阶段 ,相应的整流桥应加以同时 控制,将其推入有源逆变状态,即>900 (否则可能 会顺向串联,产生较大的直流环流 ,β 大小应适 当),Ud变为上负下正,将DC电能有源逆变为交流回 送到电网(Id方向未变),再生能量有效回收利用。
Id T<0 n

_
Ud +
逆变 >900
_
3~ n>n0 发电 整流
本质上,该三相交流电源可以视作三相反电 势负载,考虑将电流 ia 的参考方向取反,如相量 图中虚线所示,则该“负载”电流比电压超前, 相当于容性负载,这正是有源逆变电路的SCR不需 要强迫换流的根本原因,实质上是利用了容性负 载换流。
+

Id EM
+ Ud ia + ua

VT1
A VT4
VT3 B VT6
§1.3 交-直-交变频器的分类及特点 一、交-直-交变频器的结构形式 AC-DC-AC变频器又称间接变频器,属于静止式变 频器(Stationary Converter)。滤波环节可采用支撑 电容或大电感。
DC AC AC
Rectifier
~50Hz CVCF
Filter
DC link
Inverter
量的传递方向是AC→DC,即整流状态,电机发电经过 三相桥整流到DC侧。
•电流型逆变器宜于实现再生制动
对于 CSI在电动状态下 ,各环节如图示 ,整流环 节<90O,故Ud上正下负,Id从Ud的正端流出,故P为 正向传输,逆变器吸收功率 ,处于正常的逆变状态 , 电动机处于真正的电动状态 ,转矩T与n同向,n<n0, 转子拖动负载转动 ,对应于机械特性中的第一象限 (a点),T=TL平衡。
DC
AC
不控 整流
PWM INV
AC
VVVF
•PWM可逆整流,PWM逆变器变压变频。 通常称作双PWM变频器。
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