电机控制：§2-4 异步电机变频调速理论.pptVIP

电气与信息工程学院 黄守道 式中： ——定子供电频率； ——定子每相串联匝数； ——基波绕组系数； ——每极气隙磁通 当电机一旦选定，结构参数确定，则有： 说明只要协调地控制 ，即可到达控制 气隙磁通 的目的，但控制方式随运行频率在基频 以下以及基频以上而不同。 恒压频比 控制的特点 同步转速 随运行频率 变化； 不同频率下机械特性为一组硬度相同的直线； 最大转矩 随频率的降低而减小。 功率因数明显下降（谐波和饱和） 损耗和效率； 谐波转矩（恒定谐波转矩和脉动转矩）； 电应力问题； 轴电流问题 * 电力电子与电机系统控制研究所 异步电机控制 §2—4 异步电机变频调速理论 变频器所提供的电源含较大的谐波成份，但起决定 作用的还是基波。所以，下面以基波为主进行分析。 变频调速控制是本课程学习的重点，其内容十分广泛， 我们将从变频调速理论、变频调速系统、矢量变换控制及 直接转矩控制等方面进行讨论。 一、变频调速的基本控制方式 1.基频以下的控制：恒磁通控制 恒电压频率比 低频时定子电阻降压补偿 2.基频以上,近似恒功率控制 不变, 升高,气隙磁通 减小 电压源型变频器供电时 异步电机的工作特性 电压源型逆变器 电流源型逆变器 逆变器 L + - 逆变器 + - C 恒频恒压运行时的电磁转矩 (机械特性) 特点: ● s很小时 对应直线a ● s接近1时 对应双曲线b ● s为中间数时 曲线 从直线过渡到双曲线 S T 0 0 1 a b 1.恒压频比 控制的机械特性 不同频率时Δn 相同: Δn = · · 最大转矩 随频率降低而减小 而 · 2.恒气隙电势/频率比 控制 机械特性线性段的范围比恒压频比 控制更宽即调速范围更广。 低频下起动转矩比额定频率下的起动转矩大,而起动电流并不大,转子功率因数高,这是变频调速的重要优点. 即在任何运行频 率下的最大转矩 恒定不变. 实现途径: 是电机内部量,无法直接控制.必须随着频率的降低,适当提高定子电压 ,以补偿定子漏阻抗压降(主要是定子电阻压降)对气隙电势的影响.补偿量: 式中 定子电阻越大,即Q值越小,定子电压所需 补偿的程度也就越大(直线斜率变小) 注意: 采取电流反馈控制使轻载时电压 降低,克服“过补偿”(只考虑最大 转矩恒定) 风机、水泵等负载反而常常采用 减小电压/频率比的运行方式,降 低轻载时的电机损耗(低速时不 要求满载) 3.恒转子电势/频率比 控制 特点: 与他励直流电机一样为直线型机械特性 与 控制, 控制相比,稳态特性最好 实现途径: 将电压频率协调控制中低频段 值再提高一点,且随时补偿转子上的漏抗压降. 这是高性能交流电机变频调速最终追求的目标; (转子全磁通幅值 为常数)的控制是矢量控制要实现的目标之一。 以上3种控制方式适合于恒转矩负载. 4.恒功率运行 电气车辆牵引要求低速时输出大转矩. 高速时输出小转矩即要求恒功率运行. 实现途径: 注意: 因 所以,电机气隙磁通将随功 率的减小而增大,在设计恒 功率负载的电机时,应按运 行中最低频率来考虑它的 磁路状态. 电流源型变频器供电时, 异步电机的工作特性 电流源: 逆变器因大电感滤波,电流维持基本恒定 恒流源供电时异步电机等值电路 戴维宁定律 电磁转矩(机械特性): 特点（恒流源供电时）: 恒转矩调速 临界转差率 很小 起动转矩小 稳定运行的 转速范围窄 注意: 应控制转差率,避免在极低转差率下运行(轻载时励磁电 势很高),使主磁路不致饱和； 在恒流源供电时,过载能力低,只适合于负载变化不大 的场合； 加电压、电流闭环控制后，获得与电压源供电时完全相 同的特性，变得实用。 四、变频器非正弦供电时 对异步电机运行性能的影响 1.变频电源的 非正弦特性 波形 a) 6阶梯波 b) 12阶梯波 c) PWM波 三相系统不存在3及3 的倍数次谐波 电机谐波转差率 ：