VVVF调速系统.ppt

第六章 VVVF调速系统 本章提要 交流异步电动机 交流调速基本控制结构 交流调速基本类型 交流变频调速系统 VVVF控制 变频器 通用变频器 6.1 交流异步电动机 交流调速的发展 在20世纪上半叶，电机拖动的格局：不变速拖动系统，占整个电力拖动容量的80%，采用交流电机；可调速拖动系统，占整个电力拖动容量的20%，采用直流电机。 20世纪70年代，开始研究交流调速系统。 20世纪80年代，交流调速系统开始广泛应用。 交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要发展方向。 直流电机的主要缺点 电刷和换相器的磨损，因而必须经常检查维修； 换向火花使直流电机的应用环境受到限制； 换向能力限制了直流电机的容量和速度 交流调速系统的应用领域 一般性能的节能调速 高性能的交流调速系统 特大容量、极高转速的交流调速 6.1.1 交流电动机的主要类型 交流电机主要分为异步电机和同步电机两大类，每类电机又有不同类型的调速系统。 同步电机的转速与交流电源频率之间存在严格的对应关系。 异步电动机定子接上交流电源后，形成旋转磁场，依靠电磁感应作用，使转子绕组感生电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换。异步电机又有三相和单相两种。 6.1.2 交流异步电动机原理 基本原理：通过旋转磁场，与由这种旋转磁场借助感应作用在转子绕组内所感生的电流相互作用，以产生电磁转矩来实现拖动作用。 旋转磁场：一种极性和大小不变，并且以一定转速旋转的磁场。 三相异步电动机结构图 旋转磁场 A-X、B-Y、C-Z三个线圈在空间上彼此互隔120°分布在定子铁心内圆的圆周上，构成了对称三相绕组。 旋转磁场 当三相对称绕组接上三相对称电源，就产生旋转磁场。 旋转磁场 四极旋转磁场示意图 三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机的定子铁心上嵌有三相对称绕组，接通三相对称电源后，在定子、转子之间的气隙内产生以同步转速旋转的旋转磁场。 转子导条被这种旋转磁场切割，在导条内产生感生电流，磁场又对导条产生电磁力，于是转子就跟着旋转磁场旋转。 6.1.3 异步电动机转速与运行状态 异步电动机的工作原理决定了它的转速一般低于同步转速n0。 如果异步电动机的转子转速达到同步转速，则旋转磁场与转子导条之间不再有相对运动，因而不可能在导条内感应产生电动势，也不会产生电磁转矩来拖动机械负载。 转差率s：转子转速n与旋转磁场转速n0之差称为转差，转差与磁场转速n0之比，称为转差率s。 6.2 交流调速基本控制结构 运动控制系统闭环结构示意图 6.3 交流调速基本类型 异步电机的转矩公式： 式中，Ce——转矩系数；Φm ——气隙磁通； θr——转子的功率因数角 异步电机的转速公式： 因此，异步交流电机的调速方法可分为变频调速、变极对数调速和变转差率调速。 按电动机的调速方法分类 变转差率调速： ① 转子串电阻调速 ② 定子调压调速 ③ 电磁转差离合器调速 ④ 串级调速 变极对数调速： ⑤ 鼠笼型转子 变频调速： ⑥ 交?交变频调速 ⑦ 交?直?交变频调速 按电动机的能量转换类型分类 按照交流异步电机原理，从定子传入转子的电磁功率Pem可分成两部分：一部分是拖动负载的有效功率Pmech，称作机械功率；另一部分是传输给转子电路的转差功率Ps，与转差率 s 成正比。 即 Pem = Pmech + Ps Pmech = (1 – s) Pm Ps = sPm 从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。 转差功率消耗型调速系统 这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，上述第①、②、③三种调速方法都属于这一类。在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。 转差功率馈送型调速系统 在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，上述第④种调速方法属于这一类。无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。 转差功率不变型调速系统 在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，上述的第⑤、⑥两种调速方法属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场合