交流傳動的工作原理

1、第二章交流傳動的工作原理 第一節(jié)變頻調(diào)速的工作原理 變頻調(diào)速控制方式的發(fā)展，大體分為三個階段：1.普通功能型U/f控制方式轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，不具有轉(zhuǎn)矩控制功能。2.高功能型的轉(zhuǎn)差頻率控制方式轉(zhuǎn)速需要閉環(huán)檢測，有轉(zhuǎn)矩控制功能，能使電動機(jī)在恒磁通或恒功率下運(yùn)行，能充分發(fā)揮電動機(jī)的運(yùn)行功率，其輸出靜態(tài)特性較U/f控制有較大的改進(jìn)。3.高性能型矢量控制或直接力矩控制方式 ，可以實現(xiàn)直流電動機(jī)的控制特性，具有較高的動態(tài)性能。 一、U1/f1=常數(shù)時的控制方式 在正弦穩(wěn)態(tài)下，異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（三相繞組合成基波磁場的旋轉(zhuǎn)速度）： 而轉(zhuǎn)子的速度： 或?qū)懗?若均勻地改變定子電源供電頻率，就可以平滑地改變電動機(jī)同

2、步速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。pfn116012)1 (nsn)1 (6012spfn 在改變f1時，若U不變，隨著電源頻率由額定頻率向下調(diào)時，氣隙磁通m就會增大，磁通飽和，引起定子勵磁電流急劇增加，定子鐵心損耗I2mRm急劇增加，從而：1)功率因數(shù)下降2)損耗增加，電動機(jī)過熱 在實際應(yīng)用中，采用 U1/f1=常數(shù) 作約束條件，進(jìn)行變頻調(diào)速 如藍(lán)箭列車頻率/電壓調(diào)節(jié)范圍為：0.5148HZ/02105VmNkfEU11144. 41111)(ExrIU 根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式，可以計算出U1/f1=常數(shù)控制方式下的機(jī)械特性 1)在較高的頻率范圍內(nèi)，電動機(jī)發(fā)出較大的轉(zhuǎn)矩2)當(dāng)頻率f1較低時轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩急劇

3、下降 原因：1）在高頻范圍內(nèi)，U1較高，而定子阻抗壓降相對較小可以忽略，氣隙磁通近似不變2）而低頻范圍時，雖然定子漏抗x1正比于f1而降低，但R1為不變值，電阻壓降在低頻時構(gòu)成不可忽略的一部分，令氣隙磁通減小，因而轉(zhuǎn)矩下降 彌補(bǔ)辦法：在低頻時提升電壓比例二、恒磁通控制（E1/f1=常數(shù)控制） 對于調(diào)速范圍大且要求恒定轉(zhuǎn)矩運(yùn)行的負(fù)載，需要對電動機(jī)按E1/f1=C進(jìn)行調(diào)節(jié) 根據(jù)異步電動機(jī)的等效電路，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可表示為： 上式表明，若維持E1/f1=C，即磁通m為常數(shù)時，電機(jī)轉(zhuǎn)矩T完全由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差頻率f2決定，而與定子頻率無關(guān)。222222222)2(2LfRRfCpmTmEmEmwCfEfNk

4、E1111144. 4 若調(diào)節(jié)時保持f2=f2N （額定轉(zhuǎn)差頻率），則電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩能保持在額定值，無論定子頻率設(shè)定在什么值上，電動機(jī)都可以運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)矩附近。 另外，維持E1/f1=C時，轉(zhuǎn)子電流I2亦只由f2決定，因而電機(jī)的功率因數(shù)和效率在調(diào)速中變化不大，基本保持在額定運(yùn)行時的水平。 可以得到，轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)差頻率和最大轉(zhuǎn)矩： 可看出1）Tm正比于氣隙磁通m的平方,反比于轉(zhuǎn)子漏電感L2。 由于L2可視為常數(shù)，故按E1/f1=C調(diào)節(jié)時，電動機(jī)在不同頻率f1下，可保持最大轉(zhuǎn)矩的數(shù)值不變。222 LRfm22221141)(241)(2LCpmLfEpmTmEm2）與Tm對應(yīng)的轉(zhuǎn)差頻率fm只受轉(zhuǎn)子電

5、阻影響，由于鼠籠式電機(jī)R2為常數(shù)，因而fm也為定值。3）不同定子頻率下機(jī)械特性是平行的。 但是，由于E1是電動機(jī)內(nèi)部電勢，難于直接檢測，通常是通過調(diào)整U/f函數(shù)曲線的模式來近似保持E1/f1=常數(shù)的關(guān)系 三、恒功率控制 在恒磁通控制中，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速（f1)上升，電壓U1提高，電機(jī)輸出功率增大。但電機(jī)電壓的進(jìn)一步提高受到電動機(jī)功率和逆變器最大電壓的限制，因此電壓提高到一定的數(shù)值（基值或額定值）以后，將維持不變，或不再正比于f1上升。此后隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，電動機(jī)將以恒功率輸出為條件進(jìn)行電壓和頻率控制。 恒功率運(yùn)行時的轉(zhuǎn)矩 或?qū)懗?上式左邊實際上以一定的比例代表著電動機(jī)功率數(shù)值（P=T， =2f1

6、） 為滿足恒功率輸出特性，電壓和頻率的調(diào)節(jié)可以有兩種不同的方式：（1）U1=常數(shù)，s=常數(shù)的恒功調(diào)節(jié)方式（2）U12/f1常數(shù)、f2常數(shù)的恒功調(diào)節(jié)方式ffURpmT2112)(2ffUKsKUffKUTf1212112211 1U1=常數(shù)，s=常數(shù)的恒功調(diào)節(jié)方式 電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩可以表示為 在此種調(diào)節(jié)方式下，因為U1為常數(shù)，最大轉(zhuǎn)矩反比于f12，不同頻率f1時最大轉(zhuǎn)矩及其包絡(luò)線如圖所示。)(24)(1421112121221122121211LCLCfpmUxxxfpmUTmxxmm 由于恒功運(yùn)行時實際要求的轉(zhuǎn)矩T只是反比于f1變化。為了保證電動機(jī)在全部恒功調(diào)速范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，必須要求在最高轉(zhuǎn)速（對應(yīng)最大頻率f1max)時，電動機(jī)有最小允許的過載力矩。 這樣，在較低轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)矩的裕度較大，而電動機(jī)的設(shè)計尺寸實際上是由低速狀態(tài)所決定的，因而有較大的尺寸。但此時逆變器在恒電壓和電流下運(yùn)行，其設(shè)備容量得充分利用，有較大小的尺寸最大電動機(jī)和最小逆變器方案。 2U12/f1=常數(shù)，f2=常數(shù)的恒功調(diào)節(jié)方式 令U12/f1=常數(shù)，則最大轉(zhuǎn)矩Tm與f1成反比。不同頻率f1下最大轉(zhuǎn)矩