《电机控制技术》课件_教案 4.6.2变频调速.doc

淄博职业学院《电机控制技术》课单元教学设计方案

教师：序号：4.6.2

授课时间

授课班级

上课地点

教学单元名称

变频调速

课时数

0.4

教学目标

1.怎样实现调速的。

2.培养学生分析问题、解决问题的能力。

教学重点

什么是变频调速

教学难点

什么是变频调速

目标群体

普专

教学环境

实训室

教学方法

项目驱动、讲练结合等

时间安排

教学过程设计

根据转速公式可知，当转差率s变化不大时，异步电动机的转速n基本上与电源频率f1成正比。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电动机运行性能的恶化，其原因可分析如下：

电动机正常运行时，定子漏阻抗压降很小，可以认为U1≈E1=4.44f1N1kw1。

若端电压U1不变，则当频率f1减小时，主磁通将增加，这将导致磁路过分饱和，励磁电流增大，功率因数降低，铁心损耗增大；而当f1增大时，将减小，电磁转矩及最大转矩下降，过载能力降低，电动机的容量也得不到充分利用。因此，为了使电动机能保持较好的运行性能，要求在调节f1的同时，改变定子电压U1，以维持不变，或者保持电动机的过载能力不变。U1随f1按什么样的规律变化最为合适呢？一般认为，在任何类型负载下变频调速时，若能保持电动机的过载能力不变，则电动机的运行性能较为理想。

随着电力电子技术的发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，将促进变频调速的广泛应用。额定频率时称为基频，则调频时可以从基频向下调，也可从基频向上调。

1.从基频向下调的变频调速，保持U1/f1=恒值，即恒转矩调速

如果频率下调，而端电压U1为额定值，则随着f1下降，气隙每极磁通增加，使电动机磁路进入饱和状态。过饱和时，会使激磁电流迅速增大，使电机运行性能变差。因此，变频调速应设法保证不变。若保持U1/f1=恒值，电动机最大电磁转矩Tm在基频附近可视为恒值，在频率更低时，随着频率f1下调，最大转矩Tm将变小。其机械特性如图4-25（a）所示，可见它是一种近似于恒转矩调速的类型。

2.从基频向上调的变频调速

电动机端电压是不允许升高的，因此升高频率f1向上调节电动机转速时，其端电压仍应保持不变。这样，f1增加，则磁通降低，属减弱磁场调速类型，此时电动机最大电磁转矩Tm及其临界转差率sm与频率f1的关系，可近似表示为：

Tm∝；sm∝（4-11）

其机械特性如图4-28（b）所示，其运行段近似是平行的，这种调速方式，可近似认为是恒功率调速类型。

图4-28变频调速机械特性

把基频以下和基频以上两种情况合起来，可以得到图4-29所示的异步电动机变频调速控制特性，图中曲线1为不带定子电压补偿时的控制特性，曲线2为带电压补偿时的控制特性。如果电动机在不同转速下都具有额定电流，则电动机都能在温升允许条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化而变化，即在基频以下属于恒转矩调速，而在基频以上属于恒功率调速；如果f1是连续可调的，则变频调速是无级调速。

图4-29异步电动机变频调速控制特性

1-不带定子电压补偿；4-带定子电压补偿

3．变频装置简介

要实现异步电动机的变频调速，必须有能够同时改变电压和频率的供电电源。现有的交流供电电源都是恒压恒频的，所以必须通过变频装置才能获得变压变频电源。变频装置可分为间接变频和直接变频两类。间接变频装置先将工频交流电通过整流器变成直流，然后再经过逆变器将直流变成为可控频率的交流，通常称为交-直-交变频装置。直接变频装置则将工频交流一次变换成可控频率的交流，没有中间直流环节，也称为交-交变频装置。目前应用较多的还是间接变频装置。

（1）间接变频装置（交-直-交变频装置）

图4-30绘出了间接变频装置的主要构成环节。按照不同的控制方式，它有可分为图4-31中的(a)、（b）、（c）三种。

图4-30间接变频装置（交-直-交变频装置）

图4-31(a)是可控整流器变压，用逆变器变频的交-直-交变频装置。调压和调频分别在两个环节上进行，两者要在控制电路上协调配合。这种装置结构简单、控制方便，但是，由于输入环节采用可控整流器，当电压和频率调得较低时，电网端的功率因数较低；输出环节多用晶闸管组成的三相六拍逆变器（每周换流六次），输出的谐波较大。这是此类变频装置的主要缺点。

图4-31（b）是用不控整流器整流、斩波器变压、逆变器变频的交-直-交变频装置。整流器采用二级管不控整流器，增设斩波器进行脉宽调压。这样虽然多了一个环节，但输入功率因数高，克服了图4-44(a)的第一个