變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(32張)課件

交流調速系統(tǒng)變頻器的控制方式與機械特性變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)交流調速系統(tǒng)變頻器的控制方式與機械特性變頻器的控制方式與機械變頻調速是實現(xiàn)電動機平滑調速的最理想方法。變頻調速是通過改變電動機定子繞組的供電頻率來改變同步轉速來實現(xiàn)交流電動機轉速的調速。為了提供變頻電源，人們曾采用多種方法，比如20世紀50年代研究旋轉變頻機組，重新發(fā)電，機械設備龐大，可靠性差，一直沒有得到實際應用。20世紀70年代以來，隨著電力電子及大功率半導體器件的迅速發(fā)展，人們對變頻調速技術的研究又重新興起，并且現(xiàn)在已經(jīng)成為高科技領域研究和應用的熱點之一。相對于過去的旋轉機組而言，由新型功率半導體器件構成的變頻器稱作靜止式變頻器。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速是實現(xiàn)電動機平滑調速的最理想方法。變頻調速是通過改變靜止式變頻器的出現(xiàn)大大促進了變頻調速技術的普及。在工業(yè)發(fā)達國家，變頻器應用已經(jīng)非常普遍，變流調速取代直流調調速，已占據(jù)調速傳動的絕對統(tǒng)治地位。目前，我國變頻調速技術的應用越來越廣泛，進口產(chǎn)品幾乎統(tǒng)治著整個國內市場，國產(chǎn)變頻器正在奮起反擊，主要應用于專業(yè)領域，如專為印染、紡織產(chǎn)業(yè)的配套，專業(yè)性較強，關注于一定行業(yè)的應用，大有在夾縫中求生存的味道。影響變頻技術進一步推廣的主要原因是價格昂貴，每kw在一千元左右，大功率的相對便宜一些。變頻器的開發(fā)設計和變頻器的應用都離不開對基礎知識的掌握。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)靜止式變頻器的出現(xiàn)大大促進了變頻調速技術的普及。變頻器的控制異步電動機的轉速可表示為：

式中：n0－同步轉速；f1－定子電源頻率；p－極對數(shù)；s－轉差率。從上式可以看出，異步電動機調速可以通過三條途徑進行：變頻率f1、改變極對數(shù)p和改變轉差率s。其中變頻就是改變供電電源頻率f1，同步轉速也隨之變化，從而改變電動機轉速。變頻調速范圍寬、平滑性好、效率最高、具有優(yōu)良的靜態(tài)及動態(tài)性能，是應用最為廣泛的一種交流調速方式。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)異步電動機的轉速可表示為：變頻器的控制方式與機械特性培訓教材恒磁通控制為了充分利用鐵芯材料，在設計電動機時，一般將額定工作點選在磁化曲線開始彎曲處，也就是書中提到的“臨界值附近”，即磁化曲線的線性區(qū)頂部。磁通Φ太小，沒有充分利用鐵芯材料是一種浪費。磁通大小直接決定著電磁轉矩（出力）。若磁通Φ＞ΦN（額定工作點），將引起鐵芯過分飽和，勵磁電流過大，繞組過熱；而勵磁減小，將使電動機輸出轉矩下降，如果負載轉矩仍保持不變，勢必導致定、轉子過電流，也要產(chǎn)生過熱，故而希望保持磁通恒定，即實現(xiàn)恒磁通變頻調速。異步電動機定子繞組的感應電勢為如果忽略定子繞組壓降，則感應電動勢近似等于定子外加電壓式中C1－常數(shù)；C1＝4.44N1k1。

變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)恒磁通控制變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)

若定子供電電壓U1不變，則氣隙磁通Φm將隨頻率變化而變化。如果頻率f1從額定值（通常為50Hz）往下降，磁通會增加，造成磁路過飽和，使勵磁電流增加，這將使電動機帶負載能力降低，功率因數(shù)變壞，鐵損增加，電動機過熱。反之，如果頻率從額定值（通常為50H）往上升高，磁通將減少，由異步電動機的轉矩公式可以看出，磁通Φm的減小勢必導致電動機勻許輸出轉矩T的下降，使電動機的利用率降低，在一定的負載下有過電流的危險。正是基于上述原因，一般要求磁通保持恒定即Φm＝const。為了保持磁通恒定，必須保持電壓/頻率比值不變，即恒壓頻比控制，也就是恒磁通控制方式所要遵循的協(xié)調控制條件。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)若定子供電電壓U1不變，則氣隙磁通Φm將隨頻率變變頻調速的恒轉矩控制變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PP變頻調速的恒轉矩控制恒轉矩控制由異步電動機的轉矩表達式可知，電動機在變頻調速過程中，若等于電動機的轉子額定有功電流，磁通Φm保持不變，那么電動機的輸出轉矩也是恒定的，即變頻調速前后，輸出轉矩不變，可實現(xiàn)恒轉矩調速。在變頻調速過程中，要獲得恒轉矩調速特性，必須采用電壓/頻率協(xié)調控制。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制恒轉矩控制變頻器的控制方式與機械特性培訓變頻調速的恒轉矩控制E1/f1恒定

根據(jù)異步電動機定子每相繞組感應電動勢式中N1－定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)；k1－基波繞組系數(shù)；Φm－每相氣隙磁通為保持Φm不變，在改變電源頻率f1的同時，必須按比例改變感應電動勢E1，亦即

這就要求對感應電動勢和頻率進行協(xié)調控制。顯然，這是一種理想的保持磁通恒定的控制方法。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制E1/f1恒定變頻器的控制方式與機械特變頻調速的恒轉矩控制r1rmjx1jxm圖3－1異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制r1rmjx1jxm圖3－1異步電動機變頻調速的恒轉矩控制轉子電流式中－折算到定子頻率（即s=1）定子繞組和每相感應電動勢；－折算到定子頻率、定子繞組的轉子每相漏抗；－折算到定子繞組的轉子每相電阻。電磁功率式中m1－定子相數(shù)電磁轉矩式中－同步機械角速度

變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制轉子電流變頻器的控制方式與機械特性培訓教變頻調速的恒轉矩控制為求得最大轉矩，令dT/ds=0，由此得到產(chǎn)生最大轉矩時的轉差率

其相應的最大轉矩為式中－轉子每相漏感（折算到定子繞組）。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制為求得最大轉矩，令dT/ds=0，由此得變頻調速的恒轉矩控制結論：（1）保持E1/f1恒定進行變頻調速時，最大轉矩保持不變。（2）當s很小時，說明s很小時機械特性近似為直線，在此直線上，帶負載產(chǎn)生的轉速降為上式表明，保持E1/f1恒定進行變頻調速時，對應于同一轉矩T，轉速降基本不變，亦即直線部分斜率不變（硬度相同），機械特性平行地移動。（3）在變頻調速過程中，即頻率變化前后，電動機的過載能力應相等。

變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制結論：變頻器的控制方式與機械特性培訓教材變頻調速的恒轉矩控制Tn圖3－2保持E1/f1恒定時變頻調速的機械特性f1N>f1>f2>f3f3f2f1f1N變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制Tn圖3－2保持E1/f1恒定時變頻調變頻調速的恒轉矩控制（3）在變頻調速過程中，即頻率變化前后，電動機的過載能力應相等。據(jù)電機學過載能力式中TN為額定轉矩。設調速前，調速后，按照過載能力相等的條件，保持E1/f1恒定時，，則。表明輸出轉矩不變，屬于恒轉矩調速。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制（3）在變頻調速過程中，即頻率變化前后，變頻調速的恒轉矩控制U1/f1恒定

實際上由于感應電動勢難以直接控制，保持E1/f1恒定只是一種理想的控制方法。當忽略定子漏抗壓降時，近似地可以認為定子相電壓因此保持U1/f1=const可以近似地維持Φm恒定，從而實現(xiàn)近似的恒磁通調速，這可通過對定子相電壓和頻率進行協(xié)調控制來實現(xiàn)。由異步電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路可以導出保持U1/f1恒定時的機械特性方程。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制U1/f1恒定變頻器的控制方式與機械特變頻調速的恒轉矩控制轉子電流式中

xm－與氣隙主磁通相對應的定子每相繞組勵磁電抗；

x1－定子繞組每相漏抗；

r1－定子繞組每相電阻；電磁轉矩變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制轉子電流變頻器的控制方式與機械特性培訓教變頻調速的恒轉矩控制令dT/ds=0，可以求得產(chǎn)生最大轉矩時的轉差率最大轉矩式中－定子每相漏感；

變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制令dT/ds=0，可以求得產(chǎn)生最大轉矩時變頻調速的恒轉矩控制結論：（1）保持U1/f1恒定進行變頻調速時，最大輸出轉矩將隨f1的降低而降低。（2）直線部分斜率不變（硬度相同），這點只在轉差率趨近于零（即s→0）時才成立。（3）在負載轉矩不變時，電動機的過載能力降低。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制結論：變頻器的控制方式與機械特性培訓教材變頻調速的恒轉矩控制圖3－3保持U1/f1恒定時變頻調速的機械特性變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制圖3－3保持U1/f1恒定時變頻調速的變頻調速的恒轉矩控制帶電壓補償（函數(shù)發(fā)生器補償）的恒U1/f1控制采用U1≈E1，使控制易于實現(xiàn)，但也帶來誤差，由異步電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路圖3－1可知，U1扣除定子漏抗壓降之后的部分即由感應電動勢E1所平衡。顯然，被忽略掉的定子漏抗壓降在U1中所占比例的大小決定了它的影響。在低頻段提高定子電壓U1，目的是補償定子漏阻抗壓降，近似地維持E1/f1恒定。電壓補償雖可有效改善機械特性，但在低頻空載時，亦減小補償，避免Φm較大。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制帶電壓補償（函數(shù)發(fā)生器補償）的恒U1/f變頻調速的恒轉矩控制f1Nf加補償n圖3－4常用補償曲線變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒轉矩控制f1Nf加補償n圖3－4常用補償曲線變變頻調速的恒功率控制在額定頻率（基頻）以上調速時，鑒于電動機繞組是按額定電壓等級設計的，超過額定電壓運行將受到繞組絕緣強度的限制，另一方面電源電壓決定了加到定子上電壓的峰值，因此定子電壓不可能與頻率成正比地升高，只能保持在額定電壓，即U1＝U1N。由定子感應電勢表達式可知，這時氣隙磁通隨著頻率f1的升高而反比例下降，類似于直流電動機的弱磁升速。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒功率控制在額定頻率（基頻）以上調速時，鑒于電動機變頻調速的恒功率控制體現(xiàn)定子電壓、供電頻率及電動機參數(shù)關系的機械特性方程式如下：電磁轉矩

令dT/ds=0，即可求出最大轉矩對應的轉差率變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒功率控制體現(xiàn)定子電壓、供電頻率及電動機參數(shù)關系的變頻調速的恒功率控制相應的最大轉矩為可見，保持電壓為額定值進行變頻調速時，最大轉矩將隨f1的升高而減小。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒功率控制相應的最大轉矩為變頻器的控制方式與機械特變頻調速的恒功率控制結論：（1）保持電壓為額定值進行變頻調速時，最大轉矩將隨f1的升高而減小。（2）當s很小時，有及，轉矩公式可進一步簡化為此時，T與s關系近似為一條直線，在此直線上有帶負載后的轉速降為保持U1≈E1進行變頻調速時，對應于同一轉矩T，轉速降Δn隨f1的增加而平方倍加大，頻率超高，轉速降越大，即直線部分的硬度隨f1增加而迅速變軟。變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒功率控制結論：變頻器的控制方式與機械特性培訓教材變頻調速的恒功率控制f1N<f2<f3<f4圖3－5保持U1為額定電壓時變頻調速的機械特性nTf4f3f2f1N變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻器的控制方式與機械特性培訓教材(PPT32頁)變頻調速的恒功率控制f1N<f2<