第3章_交流电力拖动系统基础_3.ppt

3.8 三相异步电动机的调速 ------变频调速系统 a) 基频以下(U1/f1=恒量) b) 基频以上(U1=恒量) 机械特性 当 s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段，如图3所示。 机械特性 异步电动机等效电路 机械特性曲线 几种电压－频率协调控制方式的特性比较 机械特性曲线 恒功率调速 O 由此可见，当角频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变，如图所示。 图7 基频以上恒压变频调速的机械特性 Date: * File: 电力拖动基础_第4.* Institute of Power Electronics and Drives 电气工程系专业课 《电气传动自动控制系统》 Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学电气工程系专业课 变频调速的基本控制方式和机械特性 　通过改变定子供电频率来改变同步转速实现对异步电动机的调速，在调速过程中从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是异步电动机的一种比较合理和理想的调速方法 。 原理：利用电动机的同步转速随频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速。保 证U/f =定值，可以实现恒转矩调速或恒功率调速。 在进行电机调速时，为了保持电动机的负载能力，应保持气隙主磁通Φm不变，这就要求降低供电频率的同时降低感应电动势，保持E1/f1=常数，即保持电动势与频率之比为常数进行控制。 如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。 对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对 对变频调速的基本要求 主磁通 保持不变 铁心过饱和 不变 绕组过热 变频同时要变压 磁回路饱和，严重时将烧毁电机 气隙磁通在定子绕组中感应电动势 电枢反应有恰当的补偿，?m保持不变是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通?m由定子和转子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要费一些周折了。 定子每相电动势 （1） 式中：Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值，单位为V； —定子频率，单位为Hz； —定子每相绕组串联匝数； —基波绕组系数； —每极气隙磁通量，单位为Wb。 f1 Ns kNs ?m 1. 基频以下调速 由式（1）可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可达到控制磁通?m 的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 常值 （2） 即采用恒值电动势频率比的控制方式。 恒压频比的控制方式 绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 Us ≈ Eg， 则得 （3） 这是恒压频比的控制方式。 但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。 带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。 2. 基频以上调速 在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，但定子电压Us 却不可能超过额定电压 O Us f 1 图1 恒压频比控制特性 UsN f 1N a —无补偿 b —带定子压降补偿 UsN ，最多只能保持Us = UsN ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。 把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如下图所示。 如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化。在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，电磁转矩 T = Km? I 。在调压调速范围内，励磁磁通不变，容许的输出转矩也不变，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，在弱磁调速范围内，转速越高，磁通越弱，容许输出转矩减小，而容许输出转矩与转速的乘积则不变，即容许功率不变，为“恒功率调速方式”。 f1N 图2 异步电机变压变频调速的控制特性 恒转矩调速 Us UsN ΦmN Φm 恒功率调速 Φm Us f1 O 异步电动机的变压变频调速是进行分段控制的： 基频以下，采取恒磁恒压频比控制方式； 基频以上，采取恒压弱磁升速控制方式。 T ?N ? nN nmax 变电压调速 弱