變頻調(diào)速原理與應(yīng)用模塊化

1、模塊化教學(xué)叢書變頻調(diào)速原理與應(yīng)用編者：鄒火軍廣西機(jī)械高級(jí)技校電工教研室 第一篇 電動(dòng)機(jī)原理第一講：異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及等效電路 ·································第2頁第二講：異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)···

2、3;····································第5頁第三講：負(fù)載的類型與電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成·········

3、;·······第8頁第四講：第一章小結(jié)及習(xí)題講解、變頻器的發(fā)展及應(yīng)用···················第10頁第五、六講：變頻器的組成原理 ················&

4、#183;······················第12頁第七講：變頻與變壓 ·························

5、;························第15頁第八講：變頻后異步電動(dòng)機(jī)的特性 ······················

6、83;··············第19頁第九講：第二章小結(jié)及習(xí)題講解、變頻器的控制模式 ·····················第21頁第十講：變頻器的控制模式 ·······

7、····································第23頁第十一、二講：各種頻率參數(shù)及預(yù)置··········

8、3;·························第27頁實(shí)驗(yàn)一：變頻調(diào)速器的基本操作 ·····················

9、83;·················第29頁實(shí)驗(yàn)二：變頻調(diào)速的試運(yùn)行 ·····························

10、3;·············第29頁實(shí)驗(yàn)三：變頻器的V/F曲線的測量 ·································&

11、#183;···第29頁實(shí)驗(yàn)四：變頻器的PU開環(huán)和閉環(huán)運(yùn)行 ·································第29頁實(shí)驗(yàn)五：變頻器的組合操作 ······

12、3;····································第29頁實(shí)驗(yàn)六：變頻器的程序運(yùn)行 ···········

13、;································第29頁實(shí)驗(yàn)七：變頻器的頻率跳變操作 ··············

14、3;························第29頁實(shí)驗(yàn)八：變頻器的多段速運(yùn)行 ······················

15、3;··················第29頁第十三講：變頻器的其他常見功能、····························&#

16、183;········第30頁第十四講：變頻器的保護(hù)功能 ······································&#

17、183;··第31頁第十五講：外接主電路與主要電器的選擇 ·······························第32頁第十六講：外接給定電路 ··········

18、;···································第35頁第十七講：外接控制電路 ············&

19、#183;································第38頁綜合實(shí)驗(yàn)一：變頻器的外部綜合操作 ·············

20、3;·····················第41頁綜合實(shí)驗(yàn)二：變頻調(diào)速與PLC控制綜合實(shí)驗(yàn) ························

21、83;····第43頁綜合實(shí)驗(yàn)三：變頻器的安裝、維護(hù)、調(diào)試 ·······························第43頁第十八講：變頻調(diào)速的應(yīng)用實(shí)例 ·······

22、83;·······························第43頁第十九講：總復(fù)習(xí)················

23、83;···································第45頁 第一篇 電動(dòng)機(jī)原理第一講：異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理 教學(xué)目的和要求：掌握異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、銘牌、額定值；理解三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理。重點(diǎn)：三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理；

24、異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、額定值。學(xué)時(shí)分配：4學(xué)時(shí)一 異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖11所示，三相異步電動(dòng)機(jī)是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分及其它附件組成。圖11 三相異步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（一） 定子 定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座組成。1、定子鐵心 如圖12所示，定子鐵心用薄硅鋼片疊成，導(dǎo)磁。圖12 定子鐵心結(jié)構(gòu)2、定子繞組 如圖13所示，定子繞組用銅或鋁制的絕緣線繞制而成，它有三相繞組對(duì)圖13 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組結(jié)構(gòu)稱嵌放在定子鐵心槽內(nèi)。三相對(duì)稱繞組每相在空間互差 120o ，共有六根出線端引出機(jī)殼外，三相繞組的首端分別用U1、V1、W1表示，尾端用U2、V2、W2表示。為了便于改變接線，三相繞組的六個(gè)端線都接

25、在電動(dòng)機(jī)定子殼體外的接線盒內(nèi)。接線形式上要按電動(dòng)機(jī)銘牌上的說明，接成星形或三角形。如圖14所示。a）b）圖14 三相定子繞組的接線方法a）繞組星形接法 b）繞組三角形接法3、機(jī)座 如圖15所示，機(jī)座是用鑄鐵或鋁鑄造而成，它能固定鐵心和支持端蓋。圖15 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座（二） 轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，是用硅鋼片疊成的圓柱形鐵心，與定子鐵心共同形成磁路。轉(zhuǎn)子外圓周有槽用以安放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式兩種。1、 鼠籠式：將銅條扦入槽內(nèi)，兩端用銅環(huán)短接，或直接用熔鋁澆鑄而成短路繞組。為了改善啟動(dòng)和運(yùn)行性能，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)一般采用斜槽結(jié)構(gòu)，如圖16所示。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組如圖1

26、7和18所示圖16 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子圖17 鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)a）鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組 b）鑄鋁轉(zhuǎn)子圖18 銅條轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)a）銅條轉(zhuǎn)子繞組 b）銅條轉(zhuǎn)子2、 線繞式：如圖19所示，繞線式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是采用絕緣銅線繞制而成，然后對(duì)稱嵌入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。轉(zhuǎn)子的三相繞組一般接成星形，三根引出線分別接在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)銅制滑環(huán)上。環(huán)與環(huán)之間以及環(huán)與軸之間彼此絕緣。圖19 三相異步電動(dòng)機(jī)的繞線轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組通過電刷與外電路接通，如圖110所示。圖110 繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通附：變頻調(diào)速的對(duì)象絕大多數(shù)是籠型電動(dòng)機(jī)，如果對(duì)于某些繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)也要進(jìn)行變頻調(diào)速的話，可以將轉(zhuǎn)子三相繞組短接，為避免電刷與集電環(huán)之間因

27、接觸不良而引起的故障，一般在集電環(huán)之前將它們短接，如圖110所示：二 異步電動(dòng)機(jī)的銘牌、額定值1銘牌由字母或數(shù)字組成，用來表示電動(dòng)機(jī)的種類、規(guī)格和用途等，如圖111所示。圖111 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌（一）型號(hào) Y 132 S- 2磁極數(shù)短軸伸機(jī)座中心高132mm鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)（YR繞線式異步電動(dòng)機(jī)）2額定值額定值是指在保證電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)壽命的前提下，能夠長期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)能承受的最大值。電動(dòng)機(jī)銘牌上的額定值主要包括： 1）額定電壓UN:指電動(dòng)機(jī)在額定情況下運(yùn)行時(shí)，外加于定子繞組上的線電壓。 2）額定頻率fN：我國交流電源的頻率是50Hz,所以國產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的fN均為50Hz。 3）額定

28、功率PN:是指在額定電壓、額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上能夠長期、安全、穩(wěn)定輸出的最大機(jī)械功率。 4）額定電流IN: 是指在額定電壓、額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組中能夠長期、安全、連續(xù)通過的最大線電流。 5）額定轉(zhuǎn)矩TN：該值在電動(dòng)機(jī)的銘牌上沒有數(shù)據(jù)，但卻是一個(gè)非常重要的參數(shù)，它是指在額定電壓、額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)能夠長期、安全、穩(wěn)定輸出的最大轉(zhuǎn)矩。3繞組聯(lián)接方式 接法或Y接法4銘牌額定數(shù)值計(jì)算1）、轉(zhuǎn)矩和功率的關(guān)系 2）、輸入功率和額定電壓、額定電流的關(guān)系 （CosN是指定子繞組的功率因數(shù)）3）、效率 （1）損耗鐵損耗鐵心中的渦流損耗和磁滯損耗，與電源電壓有關(guān)，是不變損耗。銅損耗通過定

29、子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中的電流發(fā)熱產(chǎn)生的損耗，與電流的平方成正比，是可變損耗。機(jī)械損耗機(jī)械摩擦和空氣阻力所產(chǎn)生的損耗?？倱p耗 P=P1P2（P1輸入功率，P2輸出功率）（2）效率 例題11：某三相異步電動(dòng)機(jī)，額定輸出功率PN=100KW，額定電壓UN=380V，額定電流IN =183.5A, 功率因數(shù)CosN =0.9，額定轉(zhuǎn)速nN=1460 r/min，求輸入功率P1、效率、額定輸出轉(zhuǎn)矩TN。解：=×380×183.5×0.9=108.70kW =92% =9.55×=65.07N·m5.變頻后有效輸出值 當(dāng)頻率調(diào)節(jié)到fX時(shí)，電動(dòng)機(jī)的外加電壓也會(huì)發(fā)

30、生改變，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)已經(jīng)不是在額定情況下運(yùn)行，也就不能再用額定功率PN和額定轉(zhuǎn)矩TN等額定值來衡量電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力，我們將電動(dòng)機(jī)在任意頻率fX下能夠長期、安全、穩(wěn)定輸出的功率和轉(zhuǎn)矩稱作有效功率和有效轉(zhuǎn)矩。在變頻調(diào)速中，是用有效輸出值這個(gè)概念來衡量電動(dòng)機(jī)的帶負(fù)載能力的。在fX頻率下，如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際所帶的負(fù)載超過了有效輸出值，電動(dòng)機(jī)就處在過載的工作狀態(tài)。三三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理1、電動(dòng)機(jī)定子上有三相對(duì)稱繞組，如圖112（a）（b） 所示；2、三相對(duì)稱繞組中通入三相對(duì)稱交流電，如圖112（c） 所示；3、電機(jī)氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，如圖112（d） 所示。我們先來分析兩極（一個(gè)N極，一個(gè)S極）旋轉(zhuǎn)

31、磁場是怎樣產(chǎn)生的。規(guī)定：三相交流電為正半周時(shí)，電流由繞組的首端流入，從末端流出；三相交流電為負(fù)半周時(shí)，電流由繞組的末端流入，從首端流出。（1）當(dāng)t=0時(shí)，=0，U相繞組中沒有電流，不產(chǎn)生磁場；是負(fù)值，V相繞組中的電流是由V2端流入，V1端流出；是正值，W相繞組中的電流是由W1端流入，W2端流出。用安培定則可以確定此瞬間的磁場方向，如圖1-12（d）所示。（2）當(dāng)t=/2時(shí)，和是負(fù)值，V相繞組中的電流是由V2端流入，V1端流出；W相繞組中的電流是由W2端流入，W1端流出；是正值，U相繞組中的電流是由U1端流入，U2端流出。用安培定則可以確定此瞬間的磁場方向，如圖1-12（d）所示。（3）當(dāng)t=時(shí)

32、，=0，U相繞組中沒有電流，不產(chǎn)生磁場；是負(fù)值，W相繞組中的電流是由W2端流入，W1端流出；是正值，V相繞組中的電流是由V1端流入，V2端流出。用安培定則可以確定此瞬間的磁場方向，如圖1-12（d）所示。同理可分析出當(dāng)t=3/2、t=2時(shí)的磁場方向，如圖1-12（d）所示。由此可見，三相對(duì)稱繞組中通入三相交流電后，能產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間旋轉(zhuǎn)的磁場。 t=0 t=/2 t= t=3/2 t=2d）圖112 三相定子繞組兩極旋轉(zhuǎn)磁場的形成（4）旋轉(zhuǎn)磁場的方向如圖112所示，A相電接U相繞組，B相電接V相繞組，C相電接W相繞組，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，與三相交流電的相序ABC一致。如圖113所示，A相

33、電接U相繞組，B相電接W相繞組，C相電接V相繞組，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，還與三相交流電的相序ABC一致。 （1）t=0 （2）t=/2圖113 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向的改變因此，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向決定于通入定子繞組中的三相交流電的相序，且與相序ABC一致。只要調(diào)換電動(dòng)機(jī)任意兩相繞組所接電源的相序，旋轉(zhuǎn)磁場即反轉(zhuǎn)。（5）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速如圖112所示，對(duì)兩極旋轉(zhuǎn)磁場來說，當(dāng)三相交流電變化一周時(shí)，磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周，若交流電的頻率為，則磁場的轉(zhuǎn)速 r/min；對(duì)四極（二個(gè)N極，二個(gè)S極）旋轉(zhuǎn)磁場來說，當(dāng)三相交流電變化一周時(shí)，磁場在空間旋轉(zhuǎn)半周，若交流電的頻率為，則磁場的轉(zhuǎn)速 r/min；以此類推，對(duì)磁極

34、的電機(jī)，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速： r/min4、轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場中， 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流（右手定則）；感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力（左手定則）， 電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖114所示。圖114 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理5、根據(jù)以上電磁感應(yīng)原理，異步電動(dòng)機(jī)也叫感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。四、轉(zhuǎn)差 轉(zhuǎn)差率1、切割磁力線是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件；2、一般情況下，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。因?yàn)榧僭O(shè)n = n1，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，就不會(huì)切割磁力線，也就不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必然小于

35、n1。為此我們稱三相電動(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)；3、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速用n1表示，稱同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速用n表示。轉(zhuǎn)差：n= n1n4、轉(zhuǎn)差率： 這是衡量異步電動(dòng)機(jī)性能的一重要參數(shù)。在分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)有著重要的地位。啟動(dòng)瞬間n=0，S=1，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電動(dòng)勢和電流最大，反映在定子上，啟動(dòng)電流最大。接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，nn1，S很小，轉(zhuǎn)子和定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢和電流最小。額定轉(zhuǎn)速時(shí)，n=nN S=SN，SN通常在0.05左右。例題12 有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，求該電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率。解：同步轉(zhuǎn)速 n1=60f1/p=3000/p由于異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速略小于同步轉(zhuǎn)速，所以n1=150

36、0r/min，p=2，四極電機(jī)。則： =（15001440）/1500=0.04五、交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為： 根據(jù)此式我們知道，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率及轉(zhuǎn)差率有關(guān)，為此，控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方法：1、改變磁極法；2、改變轉(zhuǎn)差率；3、變頻法。以往多用第1種或第2種方法，現(xiàn)在則利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的無級(jí)變速控制。六、運(yùn)行理論 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與變壓器的工作原理相似，都是利用電磁感應(yīng)的原理制成的。因此，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組可以等效為變壓器的一次繞組和二次繞組。但是，三相異步電動(dòng)機(jī)是旋轉(zhuǎn)的電氣設(shè)備，又有不同之處，如圖115所示。圖115 旋

37、轉(zhuǎn)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的電路關(guān)系1、電源電壓不變時(shí)，定子繞組中的主磁通基本不變：式中：-定子繞組中的相電壓；-定子繞組每相的感應(yīng)電動(dòng)勢；-定子繞組系數(shù)；-定子繞組每相的匝數(shù)；-定子中交流電的頻率；-定子繞組中的主磁通的幅值。2、轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的頻率與轉(zhuǎn)差率成正比：式中：-轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的頻率；-定子中交流電的頻率；-三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。3、轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的大小與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，即：。式中：-轉(zhuǎn)子中每相的感應(yīng)電流；-轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電動(dòng)勢；-轉(zhuǎn)子的直流電阻；-轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子每相的漏電抗。當(dāng)，即電動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子中的電流最大，大約是額定電流的47倍。如圖125所示的曲線（圖中表示轉(zhuǎn)子中的

38、額定電流）。4、轉(zhuǎn)子功率因數(shù)也與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，。式中：-轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)。當(dāng)時(shí)，即電動(dòng)機(jī)剛啟動(dòng)時(shí)，功率因數(shù)最小，如圖116所示的曲線。圖116 轉(zhuǎn)子電流和功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系5、電磁轉(zhuǎn)矩式中：-電磁轉(zhuǎn)矩；-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)，與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)；-電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)。即電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，電壓的變化將顯著影響電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。小結(jié)：第二講：異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 教學(xué)目的和要求：了解異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；掌握異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)；理解異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速； 重點(diǎn)：三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速； 學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)一異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.機(jī)械特性實(shí)用公式：電磁轉(zhuǎn)矩（I2 轉(zhuǎn)子電流 Cos2

39、轉(zhuǎn)子功率因數(shù)）轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子功率因數(shù)都與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，因此T與S（n）有關(guān)，如圖21中的T-n曲線所示。 2異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線圖21 異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性T-n曲線曲線上的特殊點(diǎn)： 1）理想空載點(diǎn)：即上圖的（T=0,n=n0）點(diǎn)，在這點(diǎn)上，電動(dòng)機(jī)以同步轉(zhuǎn)速n0運(yùn)行，T=0。2）起動(dòng)點(diǎn)：即上圖的（T= TST,n=0）點(diǎn)，起動(dòng)時(shí)帶負(fù)載的能力一般用起動(dòng)倍數(shù)來表示，即KST = TST/TN,式中，TN為額定轉(zhuǎn)矩。（起動(dòng)電流最大，功率因數(shù)最小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TSt并不大）3）臨界點(diǎn)：即上圖的（T=Tm,n=nm）點(diǎn)，臨界點(diǎn)是一個(gè)重要的點(diǎn)，它是機(jī)械特性穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)和非穩(wěn)定區(qū)的分界點(diǎn)。在這點(diǎn)上，Tm表示了電動(dòng)所

40、能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩，此時(shí)的轉(zhuǎn)差率叫做臨界轉(zhuǎn)差率，用Sm表示，在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，需要有一定的過載能力，一般用T表示：TTm/TN 普通電動(dòng)機(jī)的T1.62.2之間，特殊的電動(dòng)機(jī)如起重冶金機(jī)械專用的電動(dòng)機(jī)T2.22.8。4）額定運(yùn)行點(diǎn)：即上圖的（T= TN,n=nN）點(diǎn),在這點(diǎn)電動(dòng)機(jī)處于額定運(yùn)行狀態(tài)。3.結(jié)論 1）穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)（0SSm）， 機(jī)械特性為硬特性。負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化很小。2）不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)（SmS1）, 機(jī)械特性為軟特性。負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化很大，帶風(fēng)葉型負(fù)載。3）三相異步電動(dòng)機(jī)的過載能力強(qiáng)。過載系數(shù)：4）增大轉(zhuǎn)子電阻,使Sm=1,則TSt=Tm。繞線式異步電動(dòng)機(jī)常采用這種方法啟動(dòng)。二異步

41、電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng)（一）異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)一直加速到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的過程，叫做起動(dòng)過程。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電流很大，可以達(dá)到額定電流的57倍，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻并不大，一般TST（1.82）TN，為了減少起動(dòng)電流常用降低電壓的方法來起動(dòng)，對(duì)于大功率電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，利用變頻器來進(jìn)行軟起動(dòng)，效果顯著。 籠型異步電動(dòng)機(jī)常見的降壓起動(dòng)方法有：自耦變壓器減壓起動(dòng)，Y起動(dòng)，定子串電阻或串電抗減壓起動(dòng)等。（二） 異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電動(dòng)機(jī)在工作過程中，如電磁轉(zhuǎn)矩方向和轉(zhuǎn)子的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反，就稱為制動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)有再生制動(dòng)、直流制動(dòng)和反接制動(dòng)，后兩種常用在使電動(dòng)機(jī)迅速停止的過程中。三 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 （一）調(diào)速與速度

42、變化1.調(diào)速：是在負(fù)載沒有改變的情況下，根據(jù)生產(chǎn)過程需要人為地強(qiáng)制性地改變拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。 2.速度改變：速度改變是由于負(fù)載的變化而引起拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速改變。 （二）調(diào)速指標(biāo)1 調(diào)速范圍指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速nLmax與最低轉(zhuǎn)速nLmin之比,即：LnLmax/nLmin 一般變頻器的最低工作頻率可達(dá)到0.5Hz，最高工作頻率可達(dá)到400Hz ，L400/0.5=800。2.調(diào)速的平滑性 指相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速的接近程度。兩檔轉(zhuǎn)速差越小，調(diào)速的平滑性越好。在變頻調(diào)速時(shí)，多數(shù)變頻器輸出頻率的分辨率（相鄰兩級(jí)頻率）為0.05Hz，以4級(jí)電機(jī)為例，則相鄰兩檔的轉(zhuǎn)速差為：n1.5r/min3.調(diào)

43、速的經(jīng)濟(jì)性 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性主要從兩方面來衡量：1） 調(diào)速設(shè)備的投資和運(yùn)行維修費(fèi)用2） 電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)引起的能量損耗4.調(diào)速后的工作特性1） 靜態(tài)特性：指調(diào)速后機(jī)械特性的硬度。工程上常用靜差度來表示：2） 動(dòng)態(tài)特性指過渡過程中的性能。如：加減速過程是否快捷、平穩(wěn)。遇到?jīng)_擊性負(fù)載時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速能否迅速恢復(fù)等。（三） 調(diào)速的方法 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：其中：p為電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率；f1為電源的頻率；n0為電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速1.變極調(diào)速 即改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p，就可達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。但是，由于變極調(diào)速時(shí)，速度幾乎是成倍變化，所以變極調(diào)速的平滑性差。2.改變轉(zhuǎn)差率S調(diào)速 包括繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)

44、機(jī)的轉(zhuǎn)子串接電阻調(diào)速、串級(jí)調(diào)速及異步電動(dòng)機(jī)的定子調(diào)壓調(diào)速。3.變頻調(diào)速 即改變電動(dòng)機(jī)供電電源的頻率以達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。由于變頻調(diào)速的調(diào)速性能優(yōu)越，可以趕超直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能，它是近幾年乃至將來的主要調(diào)速方式。小結(jié)：第三講： 負(fù)載的類型與電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成教學(xué)目的和要求： 了解負(fù)載的類型、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成重點(diǎn)： 負(fù)載的類型、拖動(dòng)系統(tǒng)的組成學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)一負(fù)載的類型在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，存在著兩個(gè)主要轉(zhuǎn)矩，一個(gè)是生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL,一個(gè)是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T。這兩個(gè)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系分別叫做負(fù)載的機(jī)械特性n = f (TL)和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n = f (T)。由于電動(dòng)機(jī)和

45、生產(chǎn)機(jī)械是緊密相連的，它們的機(jī)械特性必須適當(dāng)配合，才能得到良好的工作狀態(tài)。1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指那些負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，僅僅取決于負(fù)載的輕重，而與轉(zhuǎn)速大小無關(guān)的負(fù)載。轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)：TL 常數(shù)功率特點(diǎn)：PLnL ,負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速成正比 2.恒功率負(fù)載 恒功率負(fù)載指負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n成反比，而其功率基本維持不變的負(fù)載。各種薄膜的卷取機(jī)械是恒功率負(fù)載的典型例子之一。 功率特點(diǎn)：PLFv常數(shù)，負(fù)載功率的大小與轉(zhuǎn)速的高低無關(guān)。 轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)：TLFr ，F(xiàn) 卷取物的張力，r 卷取物的卷取半徑。 根據(jù)負(fù)載的機(jī)械功率PL和轉(zhuǎn)矩TL、轉(zhuǎn)速nL之間的關(guān)系，有： ,即負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比。 3.二次方律

46、負(fù)載 二次方律負(fù)載是指轉(zhuǎn)矩與速度的二次方成正比例變化的負(fù)載，例如：風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、泵、螺旋槳等機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩：TLT0+KT 負(fù)載功率：PLP0+KP 【T0 、P0分別為電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩?fù)p耗和功率損耗】【KT 、KP分別為二次方律負(fù)載的轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)】二電動(dòng)機(jī)的工作制和溫升 （一）電動(dòng)機(jī)的工作制1連續(xù)工作制2斷續(xù)工作制3短時(shí)工作制 （二）電動(dòng)機(jī)的溫升 了解溫升概念和溫升規(guī)律三 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的組成 有電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)叫做電力拖動(dòng)系統(tǒng)；一般有電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)械、生產(chǎn)機(jī)械、控制設(shè)備等部分組成。如下圖：在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，如果拖動(dòng)的是恒轉(zhuǎn)矩或恒功率負(fù)載，多數(shù)情況下是有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的，

47、因?yàn)槭褂脗鲃?dòng)機(jī)構(gòu)可以減小電動(dòng)機(jī)和變頻器的容量，在滿足負(fù)載要求的前提下，降低了成本。對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵等二次方律負(fù)載來說，除連軸器外，一般不采用其他的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。小結(jié)：第四講：第一章小節(jié)和習(xí)題講解、變頻器的發(fā)展及應(yīng)用 教學(xué)目的和要求： 了解變頻器的發(fā)展；了解變頻器的分類；了解變頻器的應(yīng)用。重點(diǎn)： 變頻器的分類、應(yīng)用。學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)一第一章小節(jié)和習(xí)題講解二變頻器的發(fā)展 直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)和交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)先后誕生于19世紀(jì)，距今已有100多年的歷史，已成為動(dòng)力機(jī)械的主要拖動(dòng)裝置。很長一段時(shí)間里，在不變速拖動(dòng)系統(tǒng)或調(diào)速性能要求不高的場合，采用的是交流電動(dòng)機(jī)，而在調(diào)速性能要求較高的拖動(dòng)系統(tǒng)中則主要采用的是直流電動(dòng)

48、機(jī)。但是，進(jìn)入20世紀(jì)70年代以后，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，變頻調(diào)速傳動(dòng)技術(shù)得到了長足的進(jìn)步。變頻調(diào)速被認(rèn)為是一種理想的交流調(diào)速方法，它具有直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能，而且又能克服直流調(diào)速系統(tǒng)維護(hù)保養(yǎng)困難、壽命短等缺點(diǎn)，在越來越多的應(yīng)用場合逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)。特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著半導(dǎo)體開關(guān)器件IGBT、矢量控制技術(shù)的成熟，微機(jī)控制的變頻調(diào)速成為主流，調(diào)速后異步電動(dòng)機(jī)的靜動(dòng)態(tài)特性已經(jīng)可以和直流調(diào)速相媲美。現(xiàn)在的各種變頻器功能很多，操作也很方便，其壽命和可靠性也較以前有了很大的進(jìn)步。 變頻技術(shù)是建立在電力電子技術(shù)基礎(chǔ)之上的。在低壓交流電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)控制中，應(yīng)用最多的功率器件

49、有GTO、GTR、IGBT以及智能模塊IPM(Intelligent Power Module)，后面二種集GTR的低飽和電壓特性和MOSFET的高頻開關(guān)特性于一體是目前通用變頻器中最廣泛使用的主流功率器件。IGBT集射電壓Vce可3V,頻率可達(dá)到20KHZ,內(nèi)含的集射極間超高速二極管Trr可達(dá)150ns,1992年前后開始在通用變頻器中得到廣泛應(yīng)用。其發(fā)展的方向是損耗更低,開關(guān)速度更快、電壓更高,容量更大(3.3KV、 1200A), 目前，采用溝道型柵極技術(shù)、非穿通技術(shù)等方法大幅度降低了集電極一發(fā)射極之間的飽和電壓VCE（sat）的第四代IGBT也已問世。第四代IGBT的應(yīng)用使變頻器的性能

50、有了很大的提高。其一是ICBT開關(guān)器件發(fā)熱減少，將曾占主回路發(fā)熱5070的器件發(fā)熱降低了30。其二是高載波控制，使輸出電流波形有明顯改善；其三是開關(guān)頻率提高，使之超過人耳的感受范圍，即實(shí)現(xiàn)了電機(jī)運(yùn)行的靜音化；其四是驅(qū)動(dòng)功率減少，體積趨于更小。而IPM的投入應(yīng)用比IGBT約晚二年，由于IPM包含了1GBT芯片及外圍的驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路甚至還有的把光耦也集成于一體，因此是種更為好用的集成型功率器件，目前，在模塊額定由流10600A范圍內(nèi)，通用變頻器均有采用IPM的趨向。二變頻器的分類變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制

51、變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。三變頻器的應(yīng)用 變頻調(diào)速已經(jīng)被公認(rèn)為最理想、最有發(fā)展前途的調(diào)速方式之一。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （一）變頻調(diào)速的節(jié)能 由于采用變頻調(diào)速后，風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的節(jié)能效果最明顯，節(jié)電率可達(dá)到2060，這是因?yàn)轱L(fēng)機(jī)、水泵的耗用功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)用戶需要的平均流量較小時(shí)，風(fēng)機(jī)、水泵的轉(zhuǎn)速較低，其節(jié)能效果是十分可觀的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國已經(jīng)進(jìn)行變頻改造的風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載約占

52、總?cè)萘康?以上，年節(jié)電約400億KWh。 （二）變頻調(diào)速在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方面的優(yōu)勢 變頻調(diào)速很容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，起動(dòng)的加減速時(shí)間可以任意設(shè)定，進(jìn)行制動(dòng)時(shí)也很方便。 （三）以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量為目的的應(yīng)用變頻調(diào)速除了在風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載上的應(yīng)用以外，還可以廣泛應(yīng)用于傳送、卷繞、起重、擠壓、機(jī)床等各種機(jī)械設(shè)備控制領(lǐng)域。它可以提高企業(yè)的產(chǎn)成品率，延長設(shè)備的正常工作周期和使用壽命，使操作和控制系統(tǒng)得以簡化，有的甚至可以改變?cè)械墓に囈?guī)范，從而提高了整個(gè)設(shè)備控制水平。小結(jié)：第五、六講：變頻器的組成原理教學(xué)目的和要求：要求掌握變頻器的組成；理解整流及逆變器工作原理。重點(diǎn)：交直交變頻器的電路。學(xué)時(shí)分配：2

53、學(xué)時(shí) 一變頻器的組成原理 （一）交直交變頻器的電路 主電路如下圖： 1.整流部分（交直）整流器是變頻器中用來將交流變成直流的部分，它可以由整流單元、濾波電路，開啟電路、吸收回路組成。 1）整流單元（VD1VD6）整流單元是由VD1VD6組成的三相整流橋，它們將工頻380V的交流電整流成直流，平均直流電壓可用下式表示： UD=1.35UL=1.35×380 = 513V UL電源的線電壓 2) 濾波電容（CF） 濾波電容CF的作用是對(duì)整流電壓進(jìn)行濾波。CF是一個(gè)大容量的電容器，它是電壓型變頻器的主要標(biāo)志，對(duì)電流型變頻器來說濾波的元件是電感。 3）開啟電流吸收回路 在電壓型變頻器的二極管

54、整流電路中，由于在電源接通時(shí)，CF中將有一個(gè)很大的充電電流，該電流有可能燒壞二極管，容量較大的還可以形成對(duì)電網(wǎng)的干擾。影響同一電源系統(tǒng)的其他裝置的正常工作，所以在電路中加裝了由RL , SL組成的限流回路，剛開機(jī)時(shí)，RL串入電路中，限制CF的充電電流，充到一定程度后SL閉合將其切除。 2.逆變部分 逆變部分的基本作用是將直流變成交流，是變頻器的核心部分。1） 逆變橋 在圖中，由V1V6組成了三相逆變橋，V導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于開關(guān)導(dǎo)通，V截止時(shí)相當(dāng)于開關(guān)斷開。現(xiàn)在常用的逆變管有絕緣柵雙極晶體管（IGBT），大功率晶體管（GTR）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）、功率場效應(yīng)管晶體管（MOSFET）等。2） 續(xù)流二

55、極管（VD7VD12）續(xù)流二極管VD7VD12 的功能有下面幾個(gè)：a) 由于電動(dòng)機(jī)是一種感性負(fù)載，工作時(shí)其無功電流返回直流電源需要VD7VD12提供通路。b) 降速時(shí)電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，VD7VD12為再生電流提供返回直流的通路。c) 逆變時(shí)V1V6快速高頻率地交替切換，同一橋臂的兩管交替地工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)，在切換的過程中，也需要給線路的分布電感提供釋放能量的通路。 3）緩沖電路（R01R06 、 VD01VD06 、C01C06）逆變管V1V6每次導(dǎo)通狀態(tài)切換成截止?fàn)顟B(tài)的關(guān)斷瞬間，集電極和發(fā)射極之間的電壓UCE極快的由0V升至直流電壓值UD,這個(gè)過高的電壓增長率會(huì)導(dǎo)致逆變管損壞，C0

56、1C06的作用就是減小電壓增長率。V1V6每次由截止到導(dǎo)通瞬間，C01C06上所充的電壓（等于UD）將向V1V6放電，該放電電流的初始值是很大的，R01R06的作用就是減小C01C06的放電電流。而VD01VD06接入后，在V1V6的關(guān)斷過程中，使R01R06不起作用。而在V1V6的接通過程中，又迫使C01C06的放電電流流經(jīng)R01R06 。3.制動(dòng)部分1） 制動(dòng)電阻變頻調(diào)速在降速時(shí)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)回饋的能量到達(dá)直流電路，會(huì)使UD上升，這是很危險(xiǎn)的。需要將這部分能量消耗掉，電路中的電阻RB就是用于消耗該部分能量的。2） 制動(dòng)單元VB制動(dòng)單元由大功率晶體管VB（IGBT）及采樣、比較和驅(qū)

57、動(dòng)電路構(gòu)成，其功能是放電電流IB流過RB提供通路。二逆變?cè)?1.單相逆變電路單相逆變電路的原理圖如下：當(dāng)S1、S4同時(shí)閉合時(shí)，Uab電壓為正；S2、S3同時(shí)閉合時(shí)，Uab電壓為負(fù)。由于S1S4的輪番通斷，從而將直流電壓UD逆變成交流電壓uab 。另外可以通過改變開關(guān)通斷的速度來調(diào)節(jié)交流電的周期（頻率）。 2.三相逆變電路三相逆變電路的原理圖如下：圖中S1S6組成了橋式逆變電路，這六個(gè)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1200得三相交流電壓。同樣，調(diào)節(jié)開關(guān)得通斷速度就可以調(diào)節(jié)交流電得頻率，當(dāng)然交流電的幅值可通過UD的大小來調(diào)節(jié)。小結(jié)：第七講：變頻與變壓 教學(xué)目的和要求：要求掌

58、握逆變?cè)?；理解三相逆變電路；理解變頻與變壓原理。重點(diǎn)：逆變?cè)?；變頻需要變壓。學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)一變頻與變壓 （一）變頻需要變壓改變逆變管的通斷速度就可以改變變頻器輸出交流電的頻率，其中，輸出交流電的幅值等于整流后的直流電壓。另外，電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)僅僅改變變頻器的輸出頻率，并不能正常調(diào)速，還必須同步改變變頻器的交流輸出電壓。 1變頻對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組反電動(dòng)勢的影響定子繞組的反電動(dòng)勢的表達(dá)式為：E1=4.44f1kN1N1M【4.44kN1N1均為常數(shù)，E1f1M】電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢平衡： 為電動(dòng)機(jī)定子繞組阻抗壓降，可以忽略不計(jì)在額定頻率時(shí)，可得到：U1E1 ,因此有： U1E1f1M如果U1沒有變化，可以

59、認(rèn)為E1也基本不變，假設(shè)頻率從額定頻率fN向下調(diào)節(jié)，M將增加，即 f1M,由于額定工作時(shí)電動(dòng)機(jī)的磁通已經(jīng)接近飽和，M的繼續(xù)增大，將會(huì)使電動(dòng)機(jī)鐵心出現(xiàn)深度飽和，這樣將使勵(lì)磁電流急劇升高，導(dǎo)致定子電流和定子鐵心損耗急劇增加，使電動(dòng)機(jī)工作不正常。所以單純調(diào)節(jié)頻率的辦法是行不通的。2額定頻率以下的變頻 為了在調(diào)節(jié)頻率f1的同時(shí)能保證維持M不變（即恒磁通控制方式），當(dāng)在額定頻率以下調(diào)頻時(shí)，保持E1/ f1常數(shù)就可以維持M不變，又U1E1（E1不好直接測量），所以只要維持U1/ f1常數(shù)也就可以基本維持M不變，即在額定頻率以下調(diào)頻時(shí)，調(diào)頻的同時(shí)也要調(diào)壓。3額定頻率以上的變頻 在額定狀態(tài)時(shí)，由于電源電壓不能

60、往上調(diào)節(jié)，所以在上調(diào)頻率時(shí)，電壓必須保持U1UN不變。（二）變頻變壓的實(shí)現(xiàn)方法a) SPWM的概念調(diào)頻調(diào)壓時(shí)，要維持U1/ f1常數(shù)，技術(shù)上有兩種方法：脈幅調(diào)制（PAM）和脈寬調(diào)制（PWM）。脈幅調(diào)制（PAM）：其指導(dǎo)思想就是在調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)也調(diào)節(jié)整流后直流電壓的幅值UD,以此來調(diào)節(jié)變頻器輸出交流電壓的幅值。此方法控制電路很復(fù)雜，現(xiàn)在少用。脈寬調(diào)制（PWM）：它的指導(dǎo)思想是將輸出電壓分解成很多的脈沖，調(diào)頻時(shí)控制脈沖的寬度和脈沖間的間隔時(shí)間就可以控制輸出電壓的幅值。如下圖所示：正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）：占空比按正弦規(guī)律變化的脈寬調(diào)制方法。如下圖所示的輸出： 2單極性SPWM在單極性的調(diào)制方式中

61、，調(diào)制波為正弦波ura，載波為單極性的等腰三角波ut，如下圖所示：V1、V2的導(dǎo)通、關(guān)斷條件可用下表表示（以A相為例）：【ura>ut時(shí)，逆變管V1、V2導(dǎo)通，決定了SPWM系列脈沖的寬度t1 ; ura<ut時(shí)，逆變管V1、V2截止，決定了SPWM系列脈沖的間隔寬度t2】如果降低調(diào)制波的幅值，各段脈沖的寬度將變窄，輸出電壓的幅值也將相應(yīng)減小；同屬于一個(gè)橋臂的兩個(gè)逆變管V1、V2的交替導(dǎo)通，流經(jīng)負(fù)載的也是正負(fù)交替的交變電流。如下圖所示：單極性SPWM調(diào)制特點(diǎn)：單極性SPWM逆變器輸出的交流電壓和頻率均可由調(diào)制波電壓ur來控制。只要改變ur的幅值，就可改變輸出電壓的大小，而只要改變u

62、r的頻率，輸出交流電壓的頻率也隨之改變。可見只要控制調(diào)制波ur的頻率和幅值，就可以既調(diào)頻又調(diào)幅。 3雙極性脈寬調(diào)制雙極性脈寬調(diào)制是目前使用最多的方法，其特征是調(diào)制波（基準(zhǔn)波）信號(hào)ur與載波信號(hào)ut均為雙極性信號(hào)，在雙極性SPWM方法中，所使用的基準(zhǔn)信號(hào)為可變頻變幅的三相對(duì)稱普通正弦波ura、urb、urc ，其載波信號(hào)為雙極性三角波ut 。雙極性SPWM調(diào)制波形如右圖所示： 調(diào)制波和載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此系列也是雙極性的（上圖只是畫出了uA0 為正時(shí)的脈沖系列），輸出線電壓（uAB= uA0uB0）的脈沖也是雙極性的。同樣，同屬于一個(gè)橋臂的兩個(gè)逆變管不停地的交替導(dǎo)通、關(guān)

63、斷，流經(jīng)負(fù)載的是按線電壓規(guī)律變化的交變電流。調(diào)節(jié)頻率時(shí)基準(zhǔn)正弦波的頻率和幅值都要改變，載波信號(hào)（三角波）與基準(zhǔn)正弦波的交點(diǎn)也將發(fā)生變化。所以每次調(diào)節(jié)頻率后，開關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)都需要重新計(jì)算，計(jì)算量之大是人工難以完成的，只有通過計(jì)算機(jī)這個(gè)工具才能在最短的時(shí)間內(nèi)將開關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算出來，從而完成控制各個(gè)逆變管實(shí)時(shí)通斷來完成變頻、變壓的任務(wù)。小結(jié)：第八講：變頻后異步電動(dòng)機(jī)的特性 教學(xué)目的和要求：了解變頻后電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；理解fN 以下變頻調(diào)速特性的修正；了解變頻調(diào)速特性的特點(diǎn)重點(diǎn)：變頻后電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。 學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)一調(diào)頻、調(diào)壓比調(diào)頻比：kffx/fN ， 其中：fx為調(diào)節(jié)頻率；fN為額定頻率調(diào)壓比

64、：kuUx/UN ，其中：Ux為調(diào)節(jié)電壓；UN為額定電壓二變頻后電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 機(jī)械特性上的幾個(gè)特殊點(diǎn)：1理想空載點(diǎn)（0，n0x），n0x60 kf fN/p2臨界轉(zhuǎn)矩點(diǎn)（TKx，nKx） （三）對(duì)額定頻率fN 以下變頻調(diào)速特性的修正 1TKx減小的原因 當(dāng)fx下降時(shí)，Ux也減小，電阻壓降U在Ux中的比重越來越大，所以 2解決的辦法1） 電壓補(bǔ)償：通過提高U/f比使TKx得到補(bǔ)償2） 矢量控制：（控制各量，保證轉(zhuǎn)矩或某一變量的不變，第3章詳細(xì)介紹）（四）變頻調(diào)速特性的特點(diǎn)1 恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性2 恒功率的調(diào)速特性 恒轉(zhuǎn)矩、恒功率的調(diào)速特性曲線小結(jié)：第九講：第二章小結(jié)及習(xí)題講解、變頻器的控制模式

65、 教學(xué)目的和要求：理解V/F控制模式；理解V/F控制功能的選擇；了解U/f控制曲線重點(diǎn)：V/F控制模式學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)一 第二章小結(jié)及習(xí)題講解二V/F控制模式 （一）V/F控制的概念V/F控制（也稱轉(zhuǎn)矩提升）是指通過提高U/f比來補(bǔ)償f下調(diào)時(shí)引起的轉(zhuǎn)矩T下降。 1完全補(bǔ)償?shù)腣/F控制 其含義是不論頻率f調(diào)多少，通過提高電源電壓U都能使得最大轉(zhuǎn)矩T與額定頻率時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩相等，以保證電動(dòng)機(jī)的過載能力不變，這種補(bǔ)償稱作全補(bǔ)償。 2補(bǔ)償過分的后果如果變頻時(shí)的U/f比選擇不當(dāng)，使得電壓補(bǔ)償過多，即電壓U提升過多，E在U中的比例相對(duì)減小（E/U減?。?，定子電流I1也增大，阻抗U也增大，而此時(shí)的電動(dòng)機(jī)負(fù)載和

66、轉(zhuǎn)速?zèng)]有發(fā)生改變，轉(zhuǎn)子的電流I2也沒有發(fā)生改變，這樣必將使定子勵(lì)磁電流I0增大，結(jié)果就是磁通增大。但是磁通的增大會(huì)引起鐵心飽和，而鐵心的飽和會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁電流的波形畸變，產(chǎn)生很大的峰值電流。補(bǔ)償越過分，電動(dòng)機(jī)鐵心飽和越厲害，勵(lì)磁電流I0的峰值越大，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引起變頻器過流而跳閘。因此，低頻時(shí)U/f比不能盲目取大。但是一般U/f比是根據(jù)負(fù)載最重時(shí)的工況進(jìn)行設(shè)定的，設(shè)定后是不能隨負(fù)載而變的，所以在輕載時(shí)就會(huì)出現(xiàn)了補(bǔ)償過分。一些高性能的變頻器設(shè)置了自動(dòng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償功能，不過在實(shí)際中運(yùn)行情況并不理想。 (二) V/F控制功能的選擇變頻器通常都是以U/f控制曲線的方式提供給用戶，讓用戶選擇1. U/f控制曲線

67、的種類 1）基本U/f控制曲線 把Ku=Kf時(shí)的U/f控制曲線稱做基本U/f曲線，它表明了沒有補(bǔ)償時(shí)的電壓Ux和fx之間的關(guān)系，它是進(jìn)行V/F控制時(shí)的基準(zhǔn)線?；綰/f曲線上，與額定輸出電壓對(duì)應(yīng)的頻率稱為基本頻率，用fb表示：fb=fN ?；綰/f控制曲線如右圖：2）轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)腢/f曲線特點(diǎn)：在fx0時(shí)，電壓補(bǔ)償值Ux不同，如右下圖所示：適用負(fù)載：經(jīng)過補(bǔ)償?shù)腢/f曲線適用于低速時(shí)需要較大轉(zhuǎn)矩的負(fù)載。且根據(jù)低速時(shí)負(fù)載的大小來確定補(bǔ)償?shù)某潭龋x擇U/f線。 3）負(fù)補(bǔ)償?shù)腢/f曲線特點(diǎn)：低速時(shí)，U/f線在基本U/f曲線的下方，這種低速時(shí)減少電壓的做法叫做負(fù)補(bǔ)償。見右下圖中的01、02線使用負(fù)載：主

68、要適用于風(fēng)機(jī)、泵類的平方率負(fù)載。正是由于這種負(fù)載在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩很小，從節(jié)能的角度考慮，電壓可以減小。4）U/f比分段的補(bǔ)償線特點(diǎn)：U/f曲線由幾段組成，每段的U/f值均由用戶自行給定，如下圖所示：使用負(fù)載：主要適用于負(fù)載轉(zhuǎn)矩于轉(zhuǎn)速大致成比例的負(fù)載。在低速時(shí)補(bǔ)償少，在高速時(shí)補(bǔ)償程度需要加大。2.選擇U/f控制曲線一般是通過實(shí)驗(yàn)的方法來選擇。 小結(jié)：第十講：變頻器的控制模式 教學(xué)目的和要求：了解矢量控制基本概念；理解變頻器矢量控制的基本思想；了解V/F控制與矢量控制的區(qū)別；了解各種基本的頻率參數(shù)；理解加（減）速和起（制）動(dòng)重點(diǎn)：矢量控制的基本思想；各種基本的頻率參數(shù)學(xué)時(shí)分配：2學(xué)時(shí)一矢量控制矢量控制是一種高性能的異步電動(dòng)機(jī)控制方式，它是從直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法得到啟發(fā)的，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)解決了大量的計(jì)算問題。從而使得矢量控制方式得到了成功的實(shí)施。（一）直流電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速上的差異 1.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性直流電動(dòng)機(jī)具有兩套繞組，即勵(lì)磁繞組和電樞繞組，勵(lì)磁繞組流過流過電流IF時(shí)產(chǎn)