第六章交流异步电动机变频调速系统PPT课件

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，
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则得 U s 常值
这是恒压频f1 比的控制方式。
（6-3）
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。
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第一节 变频调速的基本控制方式和机械特性 通过改变定子供电频率来改变同步转速实现
对异步电动机的调速，在调速过程中从高速到 低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效 率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为， 变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想 的调速方法 。
原理：利用电动机的同步转速随频率变化的特 性，通过改变电动机的供电频率进行调速。保
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。
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
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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。
Us UsN
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Us Φm
恒转矩调速
UsN ΦmN
Us
恒功率调速
Φm
O
f1N
f1
图6-2 异步电机变压变频调速的控制特性
异步电动机的变压变频调速是进行分段控制的：
基频以下，采取恒磁恒压频比控制方式；
基频以上，采取恒压弱磁升速控制方式。
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U Te
P
N
UN
Te
U
P
O
变电压调速
nN
nmax n
弱磁调速
两种调速Байду номын сангаас式
对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对
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电枢反应有恰当的补偿，m保持不变是很容易
做到的。 对变频调速的基本要求
主磁通 m 保持不变
磁回路饱和，严重时将烧毁电机
气隙磁 通在定 子绕组 中感应 电动势
U 1E 14 .4f1 4 N 1 kw 1 m
f1
m
铁心过饱和 I 0
cos1
f1
m
T
I2
I1
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）
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。
第六章 交流异步电动机变频调速系统
交流调速的基本方案
由电机学的基本公式：
可见，异步电动机的调速方案有：改变极对 数p，改变转速率s（即改变电动机机械特性的 硬度）和改变电源频率f1。
交流调速的分类如下：
1
2
变极对数调速是有级的； 变转差率调速，不调同步转速，低速时电阻 能耗大、效率较低；只有串级调速情况下，转 差功率才得以利用，效率较高。 变频调速是调节同步转速，可以从高速到低 速都保持很小的转差率，效率高、调速范围大、 精度高，是交流电动机一种比较理想的调速方 案。 在变频控制方式上又可分为变压变频调速， 矢量控制变频调速和直接转矩控制变压变频调 速等几种。
T Z 不变
变频同时要变压
绕组过热
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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
E g4.4f4 1N skN SΦ m（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；
f1 —定子频率，单位为Hz；
Ns —定子每相绕组串联匝数； kNs —基波绕组系数；
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证U/f =定值，可以实现恒转矩调速或恒功率调 速。
在进行电机调速时，为了保持电动机的负载 能力，应保持气隙主磁通Φm不变，这就要求降 低供电频率的同时降低感应电动势，保持 E1/f1=常数，即保持电动势与频率之比为常数 进行控制。
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。
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a) 基频以下(U1/f1=恒量) b) 基频以上(U1=恒量) 图 三相异步电动机变频调速时的机械特性
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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
Te3npU 1s2(ssRRr')2 ss12R r'12(LlsL'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
m —每极气隙磁通量，单位为Wb。
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1. 基频以下调速
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。
E g 常值
（6-2）
即采用恒值电f 1 动势频率比的控制方式。
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
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6-3所示。
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• 机械特性
ns n0 0
sm
Temax
Te
0
1
Temax
Te
图6-3 恒压恒频时异步电机的机械特性
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基频以下电压-频率协调控制时的机械特性
由式（6-4）机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。
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
f1
图6-1 恒压频比控制特性
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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。
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。在基频以下，磁通 恒定时转矩也恒定，电磁转矩 Te = Km I 。在 调压调速范围内，励磁磁通不变，容许的输出 转矩也不变，属于“恒转矩调速”性质，而在 基频以上，在弱磁调速范围内，转速越高，磁 通越弱，容许输出转矩减小，而容许输出转矩 与转速的乘积则不变，即容许功率不变，为 “恒功率调速方式”。
Te
3npU 1s
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。
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当 s 接近于1时，可忽略式（6-4）分母中的
Rr'
，则
Te3np U 1 s 2s[R s21 21 (R L r'lsL'lr)2]1 s
（6-6）
即s接近于1时转矩近似与s成反比，这时，