章交流变频调速系统原理PPT课件.ppt

第3章变频调速原理 1 交流变频调速的基本控制方式要实现交流变频调速 其基本的控制方式有三种 即恒磁通控制方式 恒电流控制方式和恒功率控制方式 1 恒磁通控制方式及其特性在进行电动机调速时 通常要考虑的一个重要因素是 希望保持电动机中每极磁通量为额定值 并保持不变 这样才能充分发挥电动机的能力 即充分利用铁芯材料 充分利用绕组达到额定电流 尽可能使电动机的输出达到额定转矩或最大转矩 如果磁通太弱 没有充分利用电动机的铁芯 这是一种浪费 如果过分增大磁通 又会使铁芯饱和 下一页 返回 上一页 2 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动机 对于直流电动机 因为励磁是独立的 所以只要对电枢反应的补偿合适 保持 m的不变是很容易做到的 但在交流异步电动机中 磁通是定子和转子的磁动势合成产生的 怎样才能保持磁通恒定 是需要进行认真研究的 1 维持气隙磁通 m的恒定异步电动机定子绕组的感应电动势为如果略去定子阻抗电压降 则感应电动势近似等于定子的外加电压 即 下一页 返回 上一页 3 式中 C1为常数 C1 4 44 1k1 因此 若定子的供电电压U1保持不变 则气隙磁通 m将会随频率变化而变化 一般在电动机设计中 为了充分利用铁芯材料 通常把磁通的数值选为接近磁路饱和值 如果频率f1从额定值 通常为50Hz 往下降低 则磁通会增加 从而造成磁路过饱和 使励磁电流增加 这将使电动机带负载能力降低 功率因数变坏 铁耗损增加 电动机过热 这是不允许的 反之 如果频率从额定值往上升高 则磁通将会减少 由异步电动机的转矩公式可以看出 磁通 m的减少势必导致电动机允许输出转矩Te的下降 下一页 返回 上一页 4 使电动机的利用率降低 在一定的负载下有过电流的危险 为此通常要求磁通保持恒定 即 m 常数 为了保持磁通 m恒定 必须使定子电压和频率的比值保持不变 即式中 U 1 f 1为变化后的定子电压和频率 C为常数 这就要求定子电压随频率成正比变化 上式就是恒磁通控制方式所要遵循的协调控制条件 在满足这个条件的前提下 由异步电动机的转矩表达式可知 等于电动机的转子额定有功电流 当 m维持不变时 那么电动机的输出转矩也是恒定的 可以获得恒转矩调速特性 下一页 返回 上一页 5 在定子供电电源频率较高时 电动机的最大转矩近似保持恒定 机械特性曲线斜率变化很小 若保持U1 f1 C不变 异步电动机的机械特性是一簇平行的曲线 但最大转矩将随频率f1的降低而减少 当频率较低时 机械特性曲线斜率及最大转矩变化较大 从物理概念上来说 低频时机械特性斜率的加大以及最大转矩的下降 是由于定子绕组内阻上引起的电压降在低速时相对影响较大 无法保持电动机气隙磁通为恒值而造成的 故低频启动时 启动转矩也将减少 甚至不能带负载 下一页 返回 上一页 6 因此 此种采用保持气隙磁通 m恒定的交流调速系统 只适用于调速范围不大的负载 对于要求调速范围大的恒转矩性质的负载 希望在整个调速范围中维持最大转矩不变 欲保持磁通 m的恒定 应满足E1 f1 常数的关系 但由于电动机的感应电动势E1难以测得和控制 故在实际应用中通常在控制回路加入一个函数发生器 以补偿低频时定子电阻所引起的压降影响 下一页 返回 上一页 7 U1 f1为常数时电动机调频的机械特性曲线 返回 8 恒通调整时 利用函数发生器的补偿特性曲线 返回 9 采用PAM控制的调速系统原理图 返回 a 采用相位控制的电压调节 b 采用斩波器控制的电压调节 10 采用PWM控制变频器的原理图及PWM波形 返回 11 采用U f比例控制的调速系统图 返回 12 异步电动机的等效电路图和电路矢量图 返回 13 脉宽调制式 PWM 变频器电路原理示意图 返回 14 单相逆变器主电路图 返回 15 单相逆变器波形图 返回 a 180 PWM型输出电压波形 b PWM型输出电压波形 16 正弦波脉宽调制波形 返回 17 双极性三相正弦波脉宽调制波形 返回 18 三极管通用型三相PWM型逆变器主电路 返回 19 逆变器输出波形 电压 电流 返回 20 同时关断的晶闸管PWM型逆变器主电路 返回 21 模拟正弦波参考信号SPWM型变频调速系统 返回 22 U f变换器及三相方波发生器实际电路 返回 23 三相方波及其状态 返回 24 三角波 正弦波发生器实际电路 返回 25 电路中各点的波形 返回 26 脉宽调制电路 返回 27 变频器容量选择 驱动单台电动机 返回