13 异步电机变压变频调速-电压补偿

(5-32)
随着频率的降低而减小。 当频率较低时，电动机带载能力减弱，采 用低频定子压降补偿，适当地提高电压，可 以增强带载能力。
14

转差功率
Ps sPm s1Te Rr' Te2 Us 3n p 1
2
与转速无关，故称作转差功率不变型。
15
基频以上调速
(5-28)
2
11
基频以下调速

当 s很小时，忽略上式分母中含 s各项，
U s s1 Te 3n p R' s r 1
或
s1 Rr' Te Us 3n p 1
2
2
12

对于同一转矩，转速降落基本不变
10R T 60 n sn1 s1 2 np n
(5-5)
两式相比可知，恒定子磁通控制时转矩表达式 的分母小于恒压频比控制特性中的同类项。 当转差率 s 相同时，采用恒定子磁通控制方式 的电磁转矩大于恒压频比控制方式。
27

临界转差率 临界转矩
Rr' sm 1 ( Lls L'lr )

3n p Es Tem 2 1
7

通常在控制软 件中备有不同 斜率的补偿特 性，以供用户 选择。 a——无补偿 b——带定子 电压补偿
图5-9 恒压频比控制特性
8
基频以上调速
在基频以上调速时，频率从向上升高， 受到电机绝缘耐压和磁路饱和的限制， 定子电压不能随之升高，最多只能保 持额定电压不变。 这将导致磁通与频率成反比地降低， 使得异步电动机工作在弱磁状态。
25

忽略励磁电流，转子电流
I
' r
Es R s
' r
2 ' 2 ( L L ) 1 ls lr
2

电磁转矩
Te
3n p
1

E s2 R s
2 ' r
2 ' 2 ( L L ) 1 ls lr
2
Rr' s

38
作业
P153
5-1，5-2 P154 5-6
39

9
变压变频调速
图5-10 异步电动机变压变频调速的控制特性
10
5.3.2 变压变频调速时的机械 特性

基频以下采用恒压频比控制 异步电动机机械特性方程式改写为
Us s1Rr' Te 3n p ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 s r 1 ls lr 1
(5-54)
34
机械特性完全是一条直线，可以获
得和直流电动机一样的线性机械特 性，这正是高性能交流变频调速所 要求的稳态性能。
35
不同控制方式下的机械特性
a）恒压频比控制 b）恒定子磁通控 制 c）恒气隙磁通控 制 d）恒转子磁通控 制
图5-13 异步电动机在不同控制方式下的机械特性
36
不同控制方式的比较
转子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势
Er 4.44 f1Ns kNS Φmr
24
1. 恒定子磁通控制

保持定子磁通恒定：Es / f1 常值
定子电动势不好直接控制，能够直接控制 的只有定子电压，按
R I E U s s 1 s

(5-42)
补偿定子电阻压降，就能够得到恒定子磁 通。
1 ( L L' ) ls lr
2
频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定 不变 。
28
比较可知 恒定子磁通控制的临界转差率大 于恒压频比控制方式。 恒定子磁通控制的临界转矩也大 于恒压频比控制方式。
29
2. 恒气隙磁通控制

保持气隙磁通恒定： Eg 定子电压
/ 1 常值
忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降
U s Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
4
基频以下调速

当异步电动机在基频（额定频率）以下运 行时，如果磁通太弱，没有充分利用电机 的铁心，是一种浪费；如果磁通过大，又 会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流， 严重时还会因绕组过热而损坏电机。 最好是保持每极磁通量为额定值不变。
60 f1 601 n1 np 2n p

异步电动机的实际转速
n (1 s)n1 n1 sn1 n1 n

稳态速降随负载大小变化
3
5.3.1 变压变频调速的基本原理

气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势为
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
(5-11)
( R j L ) I E U s s 1 ls 1 g
19
变压变频调速时的机械特性
图5-11 异步电动机变压变频调速机械特性
20
5.3.3 基频以下电压补偿控制
在基频以下运行时，采用恒压频比的控 制方法具有控制简便的优点。 但负载的变化时定子压降不同，将导致 磁通改变，须采用定子电压补偿控制， 并能够定量计算。 根据定子电流的大小改变定子电压，以 保持磁通恒定。
1 L' lr
2
与恒定子磁通控制方式相比较，恒气隙磁通
控制方式的临界转差率和临界转矩更大，机械 特性更硬。
32
3. 恒转子磁通控制

Er / 1 常值 保持转子磁通恒定：
定子电压
U s [ Rs j1 ( Lls L )]I1 Er
' lr
(5-52)
除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定 子和转子漏抗压降。
33

转子电流
' Ir
Er ' Rr / s
2 r ' r 2

电磁转矩
Er s1 R Te 3n p ' 2 1 Rr' s 1 Rr s 3n p E
' r e 2 p
2 1 2 sN
(5-38)
对于相同的电磁转矩，
f1越大，转速降落 越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁调 速相似。
18

转差功率
RT Ps sPm s1Te 3n pU
' 2 r e
2 1 2 sN
带恒功率负载运行时
T 常数
2 e 2 1
转差功率基本不变。
恒压频比控制最容易实现，它的变频机械 特性基本上是平行下移，硬度也较好，能 够满足一般的调速要求，低速时需适当提 高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。 恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的 控制方式均需要定子电压补偿，控制要复 杂一些。

37
不同控制方式下的比较
恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然 改善了低速性能。但机械特性还是非线性 的，仍受到临界转矩的限制。 恒转子磁通控制方式可以获得和直流他励 电动机一样的线性机械特性，性能最佳。 但是电压补偿规律最复杂。
电力拖动自动控制系统 —运动控制系统
第5章
基于稳态模型的异 步电动机调速系统
1
内容提要

调压调速是弱磁调速，而交流调速中希望 保持气隙磁通为额定值 变压变频调速原理 三种恒磁通控制方式


2
5.3 异步电动机变压变频调速

变压变频调速是改变异步电动机同步转速 的一种调速方法，同步转速随频率而变化
' r e 2 p
1 Te Us
(5-31)
2
在恒压频比的条件下把f1向下调节时，机械 特性基本上是平行下移的。
13

临界转矩
3n p U s Tem 2 1 Rs
2
1
2
Rs ' 2 ( L L ls lr ) 1 1
d m Eg dt ds Es dt d r Er dt
Ls Lm Lls Lr Lm Lrs
23
ห้องสมุดไป่ตู้
气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm

定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势
Es 4.44 f1Ns kNS Φms


5
恒压频比控制

当频率从额定值向下调节时，必须使
Eg 4.44 Ns kNS ΦmN 常值 f1

恒压频比的控制方式 当电动势值较高时，忽略定子电阻和漏感 压降，
U s Eg
6
低频补偿

低频补偿（低频转矩提升） 低频时，定子电阻和漏感压降所占的份 量比较显著，不能再忽略。为了使Eg与f1 变化一致，必须人为地把Us抬高一些，以 补偿定子阻抗压降。 负载大小不同，需要补偿的定子电压也 不一样。

21

为了使参考极 性与电动状态 下的实际极性 相吻合，感应 电动势采用电 压降的表示方 法，由高电位 指向低电位。
图5-12 异步电动机等值电路和感应电动势
22
三种感应电动势
s = sl m LlsI s Lm(I s +I r ) (Lls +Lm ) I s +LmI r r = rl m LrsI r Lm(I r I s ) (Llr +Lm ) I r LmI s


16

临界转差率
sm
' Rr
Rs2 12 ( Lls L'lr ) 2
当s很小时，忽略上式分母中含s各项
s Te 3n p ' 1 Rr
U
2 sN
或
RT s1 3n pU
' r e
2 1 2 sN
17

带负载时的转速降落
10R T 60 n sn1 s1 2 n p n U
(5-47)
( R j L ) I E U s s 1 ls 1 g

除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定子 漏抗压降。
30

转子电流
I r'
Rr'
Eg 2 2 ' 1 Llr s
2 Eg
2

电磁转矩
Te 3n p
1 Rr' 2

2 ' 1 Llr s
2
Eg R 3n p s 1
' r
s1 Rr' R ' 2 s 2 2 L' 2 1 lr r
2
(5-49)
31

临界转差率 临界转矩
Rr' sm 1 L'lr

3n p Es Tem 2 1

电压不能从额定值再向上提高，只能 保持不变，机械特性方程式可写成
' sR 2 r Te 3n pU sN 1 ( sRs Rr' ) 2 s 212 ( Lls L'lr ) 2


临界转矩表达式
3 1 2 Tem n pU sN 2 1 Rs Rs2 12 ( Lls L'lr ) 2
(5-44)
Es 3n p 1
s1 Rr' R '2 s 2 2 ( L L' ) 2 r 1 ls lr
26
恒压频比控制时的转矩式
' Us s1Rr Te 3n p ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 s r 1 ls lr 1 2