電機(jī)調(diào)速論文

1、基于變頻器的電機(jī)調(diào)速技術(shù)探究摘要：本論文介紹了變頻調(diào)速的基本原理和主要的變頻方式, 詳細(xì)分析 u/ f 控制方式、轉(zhuǎn)差率控制方式及矢量控制變頻調(diào)速的基本思想，還有變頻器的安裝和調(diào)速優(yōu)勢。 關(guān)鍵字：變頻器調(diào)速 u/ f 控制 矢量控制 PWM技術(shù)1 引言近年來，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，交流傳動(dòng)與控制技術(shù)成為目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)是當(dāng)今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速和起制動(dòng)性

2、能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外公認(rèn)為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。深入了解交流傳動(dòng)與控制技術(shù)的走向，具有十分積極的意義 2 變頻器調(diào)速的基本原理 交流調(diào)速是通過改變電定子繞組的供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的的，但定子繞組上接入三相交流電時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場，它與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，出現(xiàn)感應(yīng)電流，此電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來。電機(jī)磁場轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速，用表示： 式中：為三相交流電源頻率，一般是50Hz；為磁極對數(shù)。當(dāng)=1是，=3000rmin；=2時(shí)，=1500rmin。由上式可知磁極對數(shù)越多，轉(zhuǎn)速就越慢，而

3、轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速比磁場的同步轉(zhuǎn)速要慢一點(diǎn)，所以稱為異步電動(dòng)機(jī)，這個(gè)差別用轉(zhuǎn)差率表示： （2-8）在加上電源轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)瞬間，=0，這時(shí)=1；啟動(dòng)后的極端情況=，則=0，即在01之間變化，一般異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下的 =1%6%。綜合（2-7）和（2-8）式可以得出： （2-9）由式（2-9）可以看出，對于成品電機(jī)，其極對數(shù)已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率的變化不大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)調(diào)速的目的。變頻器調(diào)速又分為恒磁通變頻調(diào)速.恒電流變頻調(diào)速，恒功率變頻調(diào)速。 2.1.恒磁通變頻調(diào)速（基頻以下調(diào)速） 異步電動(dòng)機(jī)電勢方程：忽略定子壓降：則

4、式中 -供電電壓 1-供電頻率 -磁通量-電勢常數(shù)，為定子匝數(shù)，K為電機(jī)結(jié)構(gòu)系數(shù)上式看出當(dāng)供電電壓一定時(shí),磁通量隨頻率變化。一般在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),為充分利用鐵心材料,都把磁通的數(shù)值選在接近磁飽和的數(shù)值上。這樣,當(dāng)頻率下降時(shí),會(huì)上升,造成磁路過飽和,勵(lì)磁電流大大增加,使電機(jī)特性發(fā)生變化,帶負(fù)載能力差,鐵損增加，電機(jī)發(fā)熱。反之,當(dāng)f上升時(shí),會(huì)下降,在一定負(fù)載條件下有過電流危險(xiǎn)。因此這兩種情況都不允許。要使電機(jī)正常運(yùn)行,必然要求保持磁通恒定,也就是為常數(shù)。為做到這點(diǎn),只有（、為速度變化后的電壓和頻率）。保持電壓與頻率的比值不變。這就是恒磁通變頻要求保持恒壓頻比的控制條件。 2.2.恒電流變頻調(diào)速 這種變

5、頻調(diào)速,相當(dāng)于一恒流源,在變頻過程中,始終保持(定子電流)恒定,與恒磁通變頻方式同屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)。在變頻時(shí),最大轉(zhuǎn)矩因電流恒定而不受影響,同時(shí)因激磁電抗大于短路電抗,而使最大轉(zhuǎn)矩較恒磁通變頻時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩要小,負(fù)載能力低。因此這種調(diào)速方式適用于小容量且負(fù)載變化不大的場合。 2.3恒功率變頻調(diào)速（基頻以上調(diào)速） 電機(jī)在傾定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行時(shí),頻率將大于額定頻率,若按上述原則,則（）應(yīng)隨之升高,但電機(jī)繞組本身不允許高壓供電,會(huì)使絕緣擊穿,這樣就不能保持恒轉(zhuǎn)矩變頻方式。在這種情況下,可采用恒功率變頻調(diào)速,相當(dāng)于他激直流電動(dòng)機(jī)當(dāng)電樞電壓一定時(shí),減弱激磁調(diào)速的方法。3 變頻方式實(shí)現(xiàn)變頻的方式主要有 2 種

6、, 即交- 交變頻和交- 直- 交變頻。3.1 交- 交變頻根據(jù)半導(dǎo)體變流技術(shù), 改變晶閘管導(dǎo)通控制角可調(diào)節(jié)其直流輸出電壓: 當(dāng)控制角為 90 時(shí), 輸出電壓為零; 控制角為 0 時(shí), 輸出電壓最大。如果讓控制角從 90 逐步變化為 0 , 再以同樣的時(shí)間從0回到 90 , 就得到從小到大再從大到小變化的輸出直流電壓; 如果再反向并聯(lián)一組同樣的整流橋, 也照同樣方式控制, 得到一個(gè)交流波形的另一個(gè)半波。將 2 個(gè)部分整流橋合并, 于是就得到一個(gè)新的、完整的交流電壓值。由于控制角 是受控制的, 輸出的電壓值大小也就隨之受控，調(diào)壓過程即可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)控制角變化時(shí)，變化的速度快慢即可改變輸出波形的周期就

7、實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻。交- 交變頻單相電路如圖 1 所示 3.2 交直-交變頻交- 直- 交變頻就是在交- 交變頻的中間增加一個(gè)直流環(huán)節(jié)。首先將輸出的交流電通過整流變成直流, 再通過逆變器將直流電變成交流電, 這樣的變頻器就稱為交流- 直流- 交流變頻器, 簡稱交- 直-交變頻器。變頻的問題解決了, 變壓與交- 交方式一樣。交- 直- 交電壓型變頻主電路如圖 2 所示交- 直- 交變頻器又分為： （1）電流型變頻器電流型變頻器的特點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)采用大電感器作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，即扼制電流的變化，使電壓波形接近正弦波，由于該直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較大，故稱電流源型變頻器。（2）電壓型變頻器 電壓型變頻器的特

8、點(diǎn)是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容器作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來緩沖無功功率，直流環(huán)節(jié)電壓比較平穩(wěn)，直流環(huán)節(jié)內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器。由于電壓型變頻器是作為電壓源向交流電動(dòng)機(jī)提供交流電功率，所以其主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行幾乎不受負(fù)載的功率因數(shù)或換流的影響，它主要適用于中、小容量的交流傳動(dòng)系統(tǒng)。與之相比，電流型變頻器施加于負(fù)載上的電流值穩(wěn)定不變，其特性類似于電流源，它主要應(yīng)用在大容量的電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)以及大容量風(fēng)機(jī)、泵類節(jié)能調(diào)速中。 4.變頻控制方式變頻器的控制方式主要是指針對頻率、電壓參數(shù)的適當(dāng)變化控制, 實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的控制。目前市場上通用變頻器常見的控制方式有 u/ f控制方式、矢量控制方式

9、和直接轉(zhuǎn)矩控制方式 3 種。最簡單的是 u/ f 控制方式,下面重點(diǎn)介紹該方式,4.1 u/ f 控制方式 u/ f 控制方式即保持u/ f比恒定，它是在改變變頻器輸出電壓頻率的同時(shí)改變輸出電壓的幅值，以維護(hù)電機(jī)磁通基本恒定，從而在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)，使電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)不下降。三相交流異步電動(dòng)機(jī)在工作過程中鐵心磁通接近飽和狀態(tài)，從而使鐵心材料得到充分的利用。在變頻調(diào)速的過程中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)電源的頻率發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的阻抗將隨之變化，從而引起勵(lì)磁電流的變化，使電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)勵(lì)磁不足或勵(lì)磁過強(qiáng)。在勵(lì)磁不足時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩將降低，而勵(lì)磁過強(qiáng)時(shí)又會(huì)使鐵心中的磁通處于飽和狀態(tài)，是電動(dòng)機(jī)中流過很大的勵(lì)磁電

10、流，增加電動(dòng)機(jī)的功率損耗，降低電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)。因此在改變頻率進(jìn)行調(diào)速時(shí)，必須采取措施保持磁通恒定為額定值。由電機(jī)理論知道，電機(jī)定子的感應(yīng)電勢有效值是： 則 即 （2-10）另外，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為: （2-11）其中 與電動(dòng)機(jī)有關(guān)的常數(shù)；Cos轉(zhuǎn)子每相電路功率因數(shù)；轉(zhuǎn)子電壓與電流的相位差；電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。由式(2-10)推斷，若不變，當(dāng)定子電源頻率增加，將引起氣隙磁通減小；而由式(2-11)可知，減小又引起電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩減小，這就出現(xiàn)了頻率增加，而負(fù)載能力下降的情況。在不變時(shí)，而定子電源頻率減小，又將引起增加,增加將導(dǎo)致磁路飽和，勵(lì)磁電流升高，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞

11、電動(dòng)機(jī)。由以上情況可知:變頻調(diào)速時(shí)，必須使氣隙磁通不變。因此，在調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，必須對定子電壓進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，但控制方式隨運(yùn)行頻率在基頻以下和基頻以上而不同。4.1.1.基頻以下調(diào)速（恒磁通調(diào)速）由式(2-10)可知，要保持不變，當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低,使=常值只要保持為常數(shù)，（）就可以達(dá)到維持磁通恒定的目的。因此這種控制又稱為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。根據(jù)電機(jī)端電壓和感應(yīng)電勢的關(guān)系式： (2-12) 式中: -定子相電壓； -定子電阻； -定子阻抗； -定子電流。當(dāng)電機(jī)在額定運(yùn)行情況下，電機(jī)定子電阻和漏阻抗的壓降較小，和可以看成近似相等，所以保持=常數(shù)即可。由于比恒定

12、調(diào)速是從基頻向下調(diào)速，所以當(dāng)頻率較低時(shí)，與 都變小，定子漏阻抗壓降(主要是定子電阻壓降)不能再忽略。這種情況下，可以人為地適當(dāng)提高定子電壓以補(bǔ)償電阻壓降的影響，使氣隙磁通基本保持不變。變頻后的機(jī)械特性如圖2.4所示。圖2.4 電動(dòng)機(jī)低于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性從圖2.4中可以看出，當(dāng)電動(dòng)機(jī)向低于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí),曲線近似平行地下降，減速后的電動(dòng)機(jī)仍然保持原來較硬的機(jī)械特性；但是臨界轉(zhuǎn)矩卻隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的下降而逐漸減小，這就是造成了電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力的下降。臨界轉(zhuǎn)矩下降的原因可以如下解釋：為了使電動(dòng)機(jī)定子的磁通量保持恒定，調(diào)速時(shí)就要求感應(yīng)電動(dòng)勢與電源頻率的比值不變，為了使控制容易實(shí)現(xiàn)，采用電源

13、電壓來近似代替，這是以忽略定子阻抗壓降作為代價(jià)，當(dāng)然存在一定的誤差。顯然，被忽略的定子阻抗壓降在電壓中所占的比例大小決定了它的影響。當(dāng)?shù)臄?shù)值相對較高時(shí)，定子阻抗壓降在電壓中所占的比例相對較小，所產(chǎn)生的誤差較少；當(dāng)?shù)臄?shù)值較低時(shí)，定子阻抗壓降在電壓中所占的比例下降，而定子阻抗的壓降并不按同比例下井，使得定子阻抗壓降在電壓中的比例增大，已經(jīng)不能再滿足。此時(shí)如果仍以代替，將帶來很大的誤差。因?yàn)槎ㄗ幼杩箟航邓嫉谋壤龃螅沟脤?shí)際上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢減小，的比值減小，造成磁通量減小，因而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩的下降。變頻后機(jī)械特性的降低將是電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載能力減弱，影響交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的使用。一種簡單的解決方

14、法就是所示的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償法。轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償法的原理是：針對頻率降低時(shí)，電源電壓成比例地降低引起的的下降過低，采用適當(dāng)?shù)奶岣唠妷旱姆椒▉肀３执磐亢愣?，使電?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩回升.4.1.2.在基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從額定頻率向上增高，但是定子電壓卻不能超出額定電壓，由式（2-10）可知，這將迫使磁通與頻率成反比例降低。這種調(diào)速方式下，轉(zhuǎn)子升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，屬于恒功率調(diào)速方式。變頻后的機(jī)械特性如圖2.7所示。圖2.7 電動(dòng)機(jī)高于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 (n0=60fN/p Te=3pU1平方/4f1(x1+x2) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)向高于額定轉(zhuǎn)速方向調(diào)速時(shí)，曲線不僅臨界轉(zhuǎn)矩下降，而且曲線工作段的斜率開始

15、增大，使得機(jī)械特性變軟。造成這種現(xiàn)象的原因是：當(dāng)頻率升高時(shí)，電源電壓不可能相應(yīng)升高。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)繞組的絕緣強(qiáng)度限制了電源電壓不能超過電動(dòng)機(jī)的額定電壓，所以，磁通量將隨著頻率的升高反比例下降。磁通量的下將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩下降，造成電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟。以上調(diào)速方式相應(yīng)的特性曲線如圖2.8所示。圖2.8整個(gè)頻率調(diào)速的特性曲線注：圖中曲線1在低頻時(shí)沒有定子降壓補(bǔ)償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線 圖中曲線2在低頻時(shí)有定子降壓補(bǔ)償?shù)膲侯l曲線和主磁通曲線比恒定控制存在的主要問題是低速性能差。其原因一方面是低速時(shí)定子的電壓和電勢近似相等條件已不能滿足，所以仍按比恒定控制就不能保持電機(jī)磁通恒定，而電機(jī)磁通的減小勢必會(huì)

16、造成電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩減小。另一方面原因是低速時(shí)逆變器橋臂上、下開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間相對較短，電壓下降，而且它們的互鎖時(shí)間也造成了電壓降低，從而引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，在一定條件下這將會(huì)引起轉(zhuǎn)速、電流的振蕩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致變頻器不能運(yùn)行。4.2 其它控制方式 4.2.1.轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速 它包括:1.轉(zhuǎn)差功率消耗型2.轉(zhuǎn)差功率回饋型3.轉(zhuǎn)差功率不變型。轉(zhuǎn)差率控制方式是控制的一種改進(jìn)，這種控制需要由安裝在電動(dòng)機(jī)上的速度傳感器檢測出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，構(gòu)成速度閉環(huán)，速度調(diào)節(jié)器的輸出時(shí)轉(zhuǎn)差率，而變頻器的輸出頻率則有電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與所需轉(zhuǎn)差頻率之和決定。它是解決控制靜態(tài)性能較差的一種有效方法。雖然這種方法可以提高調(diào)速精度

17、，但是它需要使用速度傳感器來求取轉(zhuǎn)差角頻率，還要針對具體電機(jī)的機(jī)械特性調(diào)整控制參數(shù)，因而此方法的通用性較差。4.2.2.矢量控制變頻調(diào)速矢量控制變頻調(diào)速的做法是：將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流、通過三相兩相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流、，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流、（相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流；相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成比例的電樞電流），然后仿效直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對異步電動(dòng)機(jī)的控制。在高性能的異步電機(jī)控制系統(tǒng)中多采用交叉閉環(huán)控制的矢量控制。采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能。雖

18、然這一理論的提出是交流傳動(dòng)理論上的一個(gè)飛躍，但是由于它既要確定轉(zhuǎn)子的磁鏈，又要進(jìn)行坐標(biāo)變換，還要考慮轉(zhuǎn)子參數(shù)變動(dòng)帶來的影響，所以系統(tǒng)非常復(fù)雜。矢量控制變頻器通常應(yīng)用于軋鋼、造紙?jiān)O(shè)備等對動(dòng)態(tài)性能要求較高的場合。4.2.3.直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展。直接轉(zhuǎn)矩控制直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。它不需要將交流電動(dòng)機(jī)化成等效直流電動(dòng)機(jī)，因而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算；它不需要模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。日前市場銷售

19、的通用變頻器的控制多半為比恒定控制，它的應(yīng)用比較廣泛，特別是在風(fēng)機(jī)，泵及土木機(jī)械等方面應(yīng)用較多，比恒定控制的突出優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行電機(jī)的開環(huán)速度控制。 從以上的分析可看出，控制常用于速度精度要求不十分嚴(yán)格或負(fù)載變動(dòng)較小的場合。由于控制是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負(fù)載可以是通用標(biāo)準(zhǔn)異步電機(jī)，所以這種控制方法通用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。4.3變頻調(diào)速的基本要求為了充分利用鐵芯材料，在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，一股將額定工作點(diǎn)選在磁化曲線開始彎曲處。因調(diào)速時(shí)希望保持每極磁通qm為額定值，即vn=qnN。因?yàn)榇磐ㄔ黾?，將引起鐵芯過分飽和，勵(lì)磁電流急劇增加，導(dǎo)致繞組

20、過分發(fā)熱，功率因數(shù)降低；而磁通減少，將使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍維持不變，勢必導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子過電流，也要產(chǎn)生過熱，故而希望保持磁通恒定，即實(shí)現(xiàn)恒磁通變頻調(diào)速。4.4 變頻變壓（VVVF）調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性根據(jù)端電壓和頻率不同的比例關(guān)系，將會(huì)有幾種不同的變頻調(diào)速方式。 1比例控制方式 根據(jù)電壓公式，在忽略異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的阻抗壓降后可近似的得到： ，要維持m 不變的情況下，只要U1和f 1成比例的變化即可，從最大轉(zhuǎn)矩公式中可研得知：在低頻段時(shí)，由于定子繞組中的Xm，X1，X2以及L1，L2不可忽略，則將會(huì)增加使得最大轉(zhuǎn)矩Tm也將隨f 1的降低而降低就會(huì)將使低頻段時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)

21、矩Tq大大減小。 2恒磁通控制方式要求調(diào)速范圍大、恒轉(zhuǎn)矩的電梯負(fù)載希望在整個(gè)調(diào)速范圍中保持Tem= C不變，按公式 進(jìn)行控制減小時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高輸入定子的端電壓U1，以補(bǔ)償異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的阻抗壓降。按Tem=C的恒磁通em=C控制方式，變頻時(shí)異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性見圖（3） 。這是電梯的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)要求和希望的。3恒功率控制方式這種控制方式是在變頻調(diào)速時(shí)，保持異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的電流為恒定值。即通過PI調(diào)節(jié)器和電流閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用而實(shí)現(xiàn)的。但這種控制方式僅僅適用負(fù)載變化不大的場合，而不適用于電梯的電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)。由此可見，按Tem= C的恒磁通變頻的異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是電梯電力拖動(dòng)所需求

22、的。4.5變壓變頻運(yùn)行時(shí)機(jī)械特性分折1電壓為額定值時(shí)改變頻率的機(jī)械特性電源頻率f1的改變，對異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生兩方面的影響：一是改變同步轉(zhuǎn)速n1；二是改變電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。（1）當(dāng)f 1下降時(shí)，由于 ，所以f 1的下降會(huì)造成n1上升 （2）由于 ，所以f 1下降時(shí)， X1，X2，Xm均會(huì)成正比下降。又由于PFe與f 21成正比，所以f1下降時(shí)會(huì)造成Xm下降。（3）因?yàn)閯?lì)磁電流由于f 1的下降，會(huì)使I0的變化為非線性，在低頻段I0將急劇上升。（4）氣隙合成磁通m同是由勵(lì)磁電流I0所產(chǎn)生的。磁通 大小大小取決于I0的大小以及電動(dòng)機(jī)磁路的狀況。由于電動(dòng)機(jī)的磁路一般設(shè)計(jì)在接近飽和的狀態(tài)，故頻率f 1下降時(shí)

23、，m 會(huì)出現(xiàn)過飽和。這也是I0隨f 1下降急劇上升的原因。（5）轉(zhuǎn)子電流I2的大小決定于負(fù)載的大小。在額定負(fù)載下，當(dāng)f1下降時(shí)，m上升，cos2上升，所以I2會(huì)下降。（6） 因?yàn)槎ㄗ与娏鱅1=I0+（-I2），因此當(dāng)f1下降時(shí)，I1可能會(huì)出現(xiàn)變化。在低頻段重負(fù)載下I1上升；在較高頻率段輕負(fù)載下I1下降。（7）f1的下降對起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq的影響。因?yàn)楫?dāng)f 1處于較高頻率段時(shí)，隨著f1的下降Tq會(huì)出現(xiàn)急劇上升；在低頻段時(shí)隨著f1的下降Tq的上升將會(huì)趨緩。2頻率為額定值時(shí)改變電壓的機(jī)械特性改變輸入定子電壓U1，主要影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，并會(huì)對運(yùn)行時(shí)的I0，I2，m等產(chǎn)生影響。（1）I0的影響。因?yàn)楫?dāng)U1

24、下降，I0也隨之下降。（2）氣隙合成磁通m的影響。由于電壓U1的下降，電機(jī)磁路處于非飽和的狀態(tài)，所以可以認(rèn)為m隨U1正比下降。（3）轉(zhuǎn)子電流I2的影響。I2的大小取決于負(fù)載的大小，在額定負(fù)載時(shí)，因?yàn)門N=Tem，當(dāng)U1下降時(shí)，I2上升。（4）定子電流I1的影響。當(dāng)U1下降時(shí)，使I2上升，造成I1的變化，輕負(fù)載時(shí)I1則下降，重負(fù)載時(shí)I1則上升。（5）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq。因?yàn)楫?dāng)U1下降時(shí)，Tq隨U21成正比下降。（6）最大轉(zhuǎn)矩Tm。因?yàn)門m與U21成正比，電壓降低，會(huì)使電動(dòng)機(jī)過載能力下降。 5. 變頻器主電路 5.1 主電路的工作原理 變頻調(diào)速實(shí)際上是向交流異步電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)頻率可控的電源。變頻器由兩部

25、分組成：主電路和控制電路，其中主電路通常采用交-直-交方式，先將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?整流，濾波)，再將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率可調(diào)的交流電（逆變）。 5.1.1.整流電路整流電路是把交流電變換為直流電的電路。 5.1.2.逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程稱為逆變。完成逆變功能的裝置叫做逆變器，它是變頻器的主要組成部分，電壓性逆變器的工作原理如下：（1） 單相逆變電路 在交流電變化的一個(gè)周期中，每個(gè)IGBT導(dǎo)通電角度。因此交流電的周期（頻率）可以通過控制IGBT通斷的速度來調(diào)節(jié)。（2）三相逆變電路 組成了橋式逆變電路，這6個(gè)全控型開關(guān)交替地接通、關(guān)斷就可以在輸出端得到一個(gè)相位互相差的三相交流電壓。通過

26、6個(gè)全控型開關(guān)的交替工作可以得到一個(gè)三相交流電，只要調(diào)節(jié)開關(guān)的通斷速度就可調(diào)節(jié)交流電頻率。5.2 控制回路 控制回路是為變頻器的主電路提供通斷信號(hào)的電路，其主要任務(wù)是完成對逆變器開關(guān)元件的開關(guān)控制?？刂品绞接心M控制和數(shù)字控制兩種，本設(shè)計(jì)中采用的是以微處理器為核心的全數(shù)字控制，優(yōu)點(diǎn)是它采用簡單的硬件電路，主要依靠軟件來完成各種控制功能，以充分發(fā)揮微處理器計(jì)算能力和軟件控制靈活性高的特點(diǎn)來完成許多模擬量難以實(shí)現(xiàn)的功能。 5.2.1 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路的作用是逆變器中的逆變電路換流器件提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。主電路逆變電路設(shè)計(jì)中采用的電力電子器件是IGBT，故稱為門極驅(qū)動(dòng)電路。常采用SPWM技術(shù)。 5.2.2

27、 保護(hù)電路保護(hù)電路的主要功能是對檢測電路得到的各種信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，以判斷變頻器本身或系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常。當(dāng)檢測到異常時(shí)，進(jìn)行各種必要的處理。它包括過、欠壓保護(hù)電路，過流保護(hù)電路。6 變頻器的運(yùn)行和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置 變頻器的設(shè)定參數(shù)多，每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致變頻器不能正常工作的現(xiàn)象。 1.控制方式：即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、PID控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度，需要進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識(shí)。 2.最低運(yùn)行頻率：即電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其散熱性能很差，電機(jī)長時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。而且低速時(shí)，其電纜中的電流也會(huì)增大，也會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)熱。3.最高運(yùn)行頻率：一般的變頻器最大頻率到6