變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材課件

交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器的控制方式與機(jī)械特性變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器的控制方式與機(jī)械特性變頻器的控制方式與機(jī)械變頻調(diào)速是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速的最理想方法。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的供電頻率來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速。為了提供變頻電源，人們?cè)捎枚喾N方法，比如20世紀(jì)50年代研究旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組，重新發(fā)電，機(jī)械設(shè)備龐大，可靠性差，一直沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著電力電子及大功率半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，人們對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的研究又重新興起，并且現(xiàn)在已經(jīng)成為高科技領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。相對(duì)于過(guò)去的旋轉(zhuǎn)機(jī)組而言，由新型功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的變頻器稱作靜止式變頻器。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速的最理想方法。變頻調(diào)速是通過(guò)改變靜止式變頻器的出現(xiàn)大大促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的普及。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，變頻器應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，變流調(diào)速取代直流調(diào)調(diào)速，已占據(jù)調(diào)速傳動(dòng)的絕對(duì)統(tǒng)治地位。目前，我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，進(jìn)口產(chǎn)品幾乎統(tǒng)治著整個(gè)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)變頻器正在奮起反擊，主要應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域，如專為印染、紡織產(chǎn)業(yè)的配套，專業(yè)性較強(qiáng)，關(guān)注于一定行業(yè)的應(yīng)用，大有在夾縫中求生存的味道。影響變頻技術(shù)進(jìn)一步推廣的主要原因是價(jià)格昂貴，每kw在一千元左右，大功率的相對(duì)便宜一些。變頻器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和變頻器的應(yīng)用都離不開(kāi)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))靜止式變頻器的出現(xiàn)大大促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的普及。變頻器的控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為：

式中：n0－同步轉(zhuǎn)速；f1－定子電源頻率；p－極對(duì)數(shù)；s－轉(zhuǎn)差率。從上式可以看出，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速可以通過(guò)三條途徑進(jìn)行：變頻率f1、改變極對(duì)數(shù)p和改變轉(zhuǎn)差率s。其中變頻就是改變供電電源頻率f1，同步轉(zhuǎn)速也隨之變化，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速范圍寬、平滑性好、效率最高、具有優(yōu)良的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能，是應(yīng)用最為廣泛的一種交流調(diào)速方式。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為：變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材恒磁通控制為了充分利用鐵芯材料，在設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般將額定工作點(diǎn)選在磁化曲線開(kāi)始彎曲處，也就是書(shū)中提到的“臨界值附近”，即磁化曲線的線性區(qū)頂部。磁通Φ太小，沒(méi)有充分利用鐵芯材料是一種浪費(fèi)。磁通大小直接決定著電磁轉(zhuǎn)矩（出力）。若磁通Φ＞ΦN（額定工作點(diǎn)），將引起鐵芯過(guò)分飽和，勵(lì)磁電流過(guò)大，繞組過(guò)熱；而勵(lì)磁減小，將使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍保持不變，勢(shì)必導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子過(guò)電流，也要產(chǎn)生過(guò)熱，故而希望保持磁通恒定，即實(shí)現(xiàn)恒磁通變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)為如果忽略定子繞組壓降，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似等于定子外加電壓式中C1－常數(shù)；C1＝4.44N1k1。

變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))恒磁通控制變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))

若定子供電電壓U1不變，則氣隙磁通Φm將隨頻率變化而變化。如果頻率f1從額定值（通常為50Hz）往下降，磁通會(huì)增加，造成磁路過(guò)飽和，使勵(lì)磁電流增加，這將使電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載能力降低，功率因數(shù)變壞，鐵損增加，電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。反之，如果頻率從額定值（通常為50H）往上升高，磁通將減少，由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式可以看出，磁通Φm的減小勢(shì)必導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)勻許輸出轉(zhuǎn)矩T的下降，使電動(dòng)機(jī)的利用率降低，在一定的負(fù)載下有過(guò)電流的危險(xiǎn)。正是基于上述原因，一般要求磁通保持恒定即Φm＝const。為了保持磁通恒定，必須保持電壓/頻率比值不變，即恒壓頻比控制，也就是恒磁通控制方式所要遵循的協(xié)調(diào)控制條件。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))若定子供電電壓U1不變，則氣隙磁通Φm將隨頻率變變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PP變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制恒轉(zhuǎn)矩控制由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可知，電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速過(guò)程中，若等于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子額定有功電流，磁通Φm保持不變，那么電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也是恒定的，即變頻調(diào)速前后，輸出轉(zhuǎn)矩不變，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。在變頻調(diào)速過(guò)程中，要獲得恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性，必須采用電壓/頻率協(xié)調(diào)控制。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制恒轉(zhuǎn)矩控制變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制E1/f1恒定

根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)定子每相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)式中N1－定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)；k1－基波繞組系數(shù)；Φm－每相氣隙磁通為保持Φm不變，在改變電源頻率f1的同時(shí)，必須按比例改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1，亦即

這就要求對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和頻率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。顯然，這是一種理想的保持磁通恒定的控制方法。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制E1/f1恒定變頻器的控制方式與機(jī)械特變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制r1rmjx1jxm圖3－1異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制r1rmjx1jxm圖3－1異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)子電流式中－折算到定子頻率（即s=1）定子繞組和每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；－折算到定子頻率、定子繞組的轉(zhuǎn)子每相漏抗；－折算到定子繞組的轉(zhuǎn)子每相電阻。電磁功率式中m1－定子相數(shù)電磁轉(zhuǎn)矩式中－同步機(jī)械角速度

變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)子電流變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制為求得最大轉(zhuǎn)矩，令dT/ds=0，由此得到產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率

其相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩為式中－轉(zhuǎn)子每相漏感（折算到定子繞組）。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制為求得最大轉(zhuǎn)矩，令dT/ds=0，由此得變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制結(jié)論：（1）保持E1/f1恒定進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩保持不變。（2）當(dāng)s很小時(shí)，說(shuō)明s很小時(shí)機(jī)械特性近似為直線，在此直線上，帶負(fù)載產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降為上式表明，保持E1/f1恒定進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，對(duì)應(yīng)于同一轉(zhuǎn)矩T，轉(zhuǎn)速降基本不變，亦即直線部分斜率不變（硬度相同），機(jī)械特性平行地移動(dòng)。（3）在變頻調(diào)速過(guò)程中，即頻率變化前后，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力應(yīng)相等。

變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制結(jié)論：變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制Tn圖3－2保持E1/f1恒定時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性f1N>f1>f2>f3f3f2f1f1N變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制Tn圖3－2保持E1/f1恒定時(shí)變頻調(diào)變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制（3）在變頻調(diào)速過(guò)程中，即頻率變化前后，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力應(yīng)相等。據(jù)電機(jī)學(xué)過(guò)載能力式中TN為額定轉(zhuǎn)矩。設(shè)調(diào)速前，調(diào)速后，按照過(guò)載能力相等的條件，保持E1/f1恒定時(shí)，，則。表明輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制（3）在變頻調(diào)速過(guò)程中，即頻率變化前后，變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制U1/f1恒定

實(shí)際上由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)難以直接控制，保持E1/f1恒定只是一種理想的控制方法。當(dāng)忽略定子漏抗壓降時(shí)，近似地可以認(rèn)為定子相電壓因此保持U1/f1=const可以近似地維持Φm恒定，從而實(shí)現(xiàn)近似的恒磁通調(diào)速，這可通過(guò)對(duì)定子相電壓和頻率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。由異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路可以導(dǎo)出保持U1/f1恒定時(shí)的機(jī)械特性方程。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制U1/f1恒定變頻器的控制方式與機(jī)械特變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)子電流式中

xm－與氣隙主磁通相對(duì)應(yīng)的定子每相繞組勵(lì)磁電抗；

x1－定子繞組每相漏抗；

r1－定子繞組每相電阻；電磁轉(zhuǎn)矩變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)子電流變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制令dT/ds=0，可以求得產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩式中－定子每相漏感；

變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制令dT/ds=0，可以求得產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制結(jié)論：（1）保持U1/f1恒定進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，最大輸出轉(zhuǎn)矩將隨f1的降低而降低。（2）直線部分斜率不變（硬度相同），這點(diǎn)只在轉(zhuǎn)差率趨近于零（即s→0）時(shí)才成立。（3）在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力降低。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制結(jié)論：變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制圖3－3保持U1/f1恒定時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制圖3－3保持U1/f1恒定時(shí)變頻調(diào)速的變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制帶電壓補(bǔ)償（函數(shù)發(fā)生器補(bǔ)償）的恒U1/f1控制采用U1≈E1，使控制易于實(shí)現(xiàn)，但也帶來(lái)誤差，由異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路圖3－1可知，U1扣除定子漏抗壓降之后的部分即由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1所平衡。顯然，被忽略掉的定子漏抗壓降在U1中所占比例的大小決定了它的影響。在低頻段提高定子電壓U1，目的是補(bǔ)償定子漏阻抗壓降，近似地維持E1/f1恒定。電壓補(bǔ)償雖可有效改善機(jī)械特性，但在低頻空載時(shí)，亦減小補(bǔ)償，避免Φm較大。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制帶電壓補(bǔ)償（函數(shù)發(fā)生器補(bǔ)償）的恒U1/f變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制f1Nf加補(bǔ)償n圖3－4常用補(bǔ)償曲線變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制f1Nf加補(bǔ)償n圖3－4常用補(bǔ)償曲線變變頻調(diào)速的恒功率控制在額定頻率（基頻）以上調(diào)速時(shí)，鑒于電動(dòng)機(jī)繞組是按額定電壓等級(jí)設(shè)計(jì)的，超過(guò)額定電壓運(yùn)行將受到繞組絕緣強(qiáng)度的限制，另一方面電源電壓決定了加到定子上電壓的峰值，因此定子電壓不可能與頻率成正比地升高，只能保持在額定電壓，即U1＝U1N。由定子感應(yīng)電勢(shì)表達(dá)式可知，這時(shí)氣隙磁通隨著頻率f1的升高而反比例下降，類(lèi)似于直流電動(dòng)機(jī)的弱磁升速。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒功率控制在額定頻率（基頻）以上調(diào)速時(shí)，鑒于電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的恒功率控制體現(xiàn)定子電壓、供電頻率及電動(dòng)機(jī)參數(shù)關(guān)系的機(jī)械特性方程式如下：電磁轉(zhuǎn)矩

令dT/ds=0，即可求出最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒功率控制體現(xiàn)定子電壓、供電頻率及電動(dòng)機(jī)參數(shù)關(guān)系的變頻調(diào)速的恒功率控制相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩為可見(jiàn)，保持電壓為額定值進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩將隨f1的升高而減小。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒功率控制相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩為變頻器的控制方式與機(jī)械特變頻調(diào)速的恒功率控制結(jié)論：（1）保持電壓為額定值進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩將隨f1的升高而減小。（2）當(dāng)s很小時(shí)，有及，轉(zhuǎn)矩公式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為此時(shí)，T與s關(guān)系近似為一條直線，在此直線上有帶負(fù)載后的轉(zhuǎn)速降為保持U1≈E1進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，對(duì)應(yīng)于同一轉(zhuǎn)矩T，轉(zhuǎn)速降Δn隨f1的增加而平方倍加大，頻率超高，轉(zhuǎn)速降越大，即直線部分的硬度隨f1增加而迅速變軟。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒功率控制結(jié)論：變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材變頻調(diào)速的恒功率控制f1N<f2<f3<f4圖3－5保持U1為額定電壓時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性nTf4f3f2f1N變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒功率控制f1N<f2<f3<f4圖3－5保持U變頻調(diào)速的恒功率控制（3）當(dāng)保持電壓為額定值且s變化范圍不大時(shí)，如果頻率f1增加，則轉(zhuǎn)矩T減小，而同步機(jī)械角速度將隨頻率增加而增加。這就是說(shuō)，隨著頻率增加，轉(zhuǎn)矩減小，而轉(zhuǎn)速增加。根據(jù)可近似地看作恒功率調(diào)速。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒功率控制（3）當(dāng)保持電壓為額定值且s變化范圍不大恒功率控制與恒轉(zhuǎn)矩控制的結(jié)合兩種控制方法，在應(yīng)用中有時(shí)需要將兩者結(jié)合起來(lái)使用：當(dāng)從額定頻率往低調(diào)速時(shí)，采用恒轉(zhuǎn)矩控制（必要時(shí)加補(bǔ)償）；當(dāng)從額定頻率往高調(diào)速時(shí)，采用恒功率控制方式。恒P時(shí)Φm↓，類(lèi)似于DC機(jī)弱磁調(diào)速。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))恒功率控制與恒轉(zhuǎn)矩控制的結(jié)合兩種控制方法，在應(yīng)用中有時(shí)需要將變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器的控制方式與機(jī)械特性變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))交流調(diào)速系統(tǒng)變頻器的控制方式與機(jī)械特性變頻器的控制方式與機(jī)械變頻調(diào)速是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速的最理想方法。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的供電頻率來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)速。為了提供變頻電源，人們?cè)捎枚喾N方法，比如20世紀(jì)50年代研究旋轉(zhuǎn)變頻機(jī)組，重新發(fā)電，機(jī)械設(shè)備龐大，可靠性差，一直沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著電力電子及大功率半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，人們對(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的研究又重新興起，并且現(xiàn)在已經(jīng)成為高科技領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。相對(duì)于過(guò)去的旋轉(zhuǎn)機(jī)組而言，由新型功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的變頻器稱作靜止式變頻器。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)平滑調(diào)速的最理想方法。變頻調(diào)速是通過(guò)改變靜止式變頻器的出現(xiàn)大大促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的普及。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，變頻器應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，變流調(diào)速取代直流調(diào)調(diào)速，已占據(jù)調(diào)速傳動(dòng)的絕對(duì)統(tǒng)治地位。目前，我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，進(jìn)口產(chǎn)品幾乎統(tǒng)治著整個(gè)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)變頻器正在奮起反擊，主要應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域，如專為印染、紡織產(chǎn)業(yè)的配套，專業(yè)性較強(qiáng)，關(guān)注于一定行業(yè)的應(yīng)用，大有在夾縫中求生存的味道。影響變頻技術(shù)進(jìn)一步推廣的主要原因是價(jià)格昂貴，每kw在一千元左右，大功率的相對(duì)便宜一些。變頻器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和變頻器的應(yīng)用都離不開(kāi)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))靜止式變頻器的出現(xiàn)大大促進(jìn)了變頻調(diào)速技術(shù)的普及。變頻器的控制異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為：

式中：n0－同步轉(zhuǎn)速；f1－定子電源頻率；p－極對(duì)數(shù)；s－轉(zhuǎn)差率。從上式可以看出，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速可以通過(guò)三條途徑進(jìn)行：變頻率f1、改變極對(duì)數(shù)p和改變轉(zhuǎn)差率s。其中變頻就是改變供電電源頻率f1，同步轉(zhuǎn)速也隨之變化，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速范圍寬、平滑性好、效率最高、具有優(yōu)良的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能，是應(yīng)用最為廣泛的一種交流調(diào)速方式。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可表示為：變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材恒磁通控制為了充分利用鐵芯材料，在設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般將額定工作點(diǎn)選在磁化曲線開(kāi)始彎曲處，也就是書(shū)中提到的“臨界值附近”，即磁化曲線的線性區(qū)頂部。磁通Φ太小，沒(méi)有充分利用鐵芯材料是一種浪費(fèi)。磁通大小直接決定著電磁轉(zhuǎn)矩（出力）。若磁通Φ＞ΦN（額定工作點(diǎn)），將引起鐵芯過(guò)分飽和，勵(lì)磁電流過(guò)大，繞組過(guò)熱；而勵(lì)磁減小，將使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍保持不變，勢(shì)必導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子過(guò)電流，也要產(chǎn)生過(guò)熱，故而希望保持磁通恒定，即實(shí)現(xiàn)恒磁通變頻調(diào)速。異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的感應(yīng)電勢(shì)為如果忽略定子繞組壓降，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似等于定子外加電壓式中C1－常數(shù)；C1＝4.44N1k1。

變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))恒磁通控制變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))

若定子供電電壓U1不變，則氣隙磁通Φm將隨頻率變化而變化。如果頻率f1從額定值（通常為50Hz）往下降，磁通會(huì)增加，造成磁路過(guò)飽和，使勵(lì)磁電流增加，這將使電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載能力降低，功率因數(shù)變壞，鐵損增加，電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。反之，如果頻率從額定值（通常為50H）往上升高，磁通將減少，由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式可以看出，磁通Φm的減小勢(shì)必導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)勻許輸出轉(zhuǎn)矩T的下降，使電動(dòng)機(jī)的利用率降低，在一定的負(fù)載下有過(guò)電流的危險(xiǎn)。正是基于上述原因，一般要求磁通保持恒定即Φm＝const。為了保持磁通恒定，必須保持電壓/頻率比值不變，即恒壓頻比控制，也就是恒磁通控制方式所要遵循的協(xié)調(diào)控制條件。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))若定子供電電壓U1不變，則氣隙磁通Φm將隨頻率變變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PP變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制恒轉(zhuǎn)矩控制由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可知，電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速過(guò)程中，若等于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子額定有功電流，磁通Φm保持不變，那么電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也是恒定的，即變頻調(diào)速前后，輸出轉(zhuǎn)矩不變，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。在變頻調(diào)速過(guò)程中，要獲得恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性，必須采用電壓/頻率協(xié)調(diào)控制。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制恒轉(zhuǎn)矩控制變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制E1/f1恒定

根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)定子每相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)式中N1－定子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)；k1－基波繞組系數(shù)；Φm－每相氣隙磁通為保持Φm不變，在改變電源頻率f1的同時(shí)，必須按比例改變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1，亦即

這就要求對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和頻率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。顯然，這是一種理想的保持磁通恒定的控制方法。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制E1/f1恒定變頻器的控制方式與機(jī)械特變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制r1rmjx1jxm圖3－1異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制r1rmjx1jxm圖3－1異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)子電流式中－折算到定子頻率（即s=1）定子繞組和每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；－折算到定子頻率、定子繞組的轉(zhuǎn)子每相漏抗；－折算到定子繞組的轉(zhuǎn)子每相電阻。電磁功率式中m1－定子相數(shù)電磁轉(zhuǎn)矩式中－同步機(jī)械角速度

變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)子電流變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制為求得最大轉(zhuǎn)矩，令dT/ds=0，由此得到產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率

其相應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩為式中－轉(zhuǎn)子每相漏感（折算到定子繞組）。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制為求得最大轉(zhuǎn)矩，令dT/ds=0，由此得變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制結(jié)論：（1）保持E1/f1恒定進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩保持不變。（2）當(dāng)s很小時(shí)，說(shuō)明s很小時(shí)機(jī)械特性近似為直線，在此直線上，帶負(fù)載產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降為上式表明，保持E1/f1恒定進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，對(duì)應(yīng)于同一轉(zhuǎn)矩T，轉(zhuǎn)速降基本不變，亦即直線部分斜率不變（硬度相同），機(jī)械特性平行地移動(dòng)。（3）在變頻調(diào)速過(guò)程中，即頻率變化前后，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力應(yīng)相等。

變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制結(jié)論：變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制Tn圖3－2保持E1/f1恒定時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性f1N>f1>f2>f3f3f2f1f1N變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制Tn圖3－2保持E1/f1恒定時(shí)變頻調(diào)變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制（3）在變頻調(diào)速過(guò)程中，即頻率變化前后，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力應(yīng)相等。據(jù)電機(jī)學(xué)過(guò)載能力式中TN為額定轉(zhuǎn)矩。設(shè)調(diào)速前，調(diào)速后，按照過(guò)載能力相等的條件，保持E1/f1恒定時(shí)，，則。表明輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制（3）在變頻調(diào)速過(guò)程中，即頻率變化前后，變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制U1/f1恒定

實(shí)際上由于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)難以直接控制，保持E1/f1恒定只是一種理想的控制方法。當(dāng)忽略定子漏抗壓降時(shí)，近似地可以認(rèn)為定子相電壓因此保持U1/f1=const可以近似地維持Φm恒定，從而實(shí)現(xiàn)近似的恒磁通調(diào)速，這可通過(guò)對(duì)定子相電壓和頻率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。由異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路可以導(dǎo)出保持U1/f1恒定時(shí)的機(jī)械特性方程。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制U1/f1恒定變頻器的控制方式與機(jī)械特變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)子電流式中

xm－與氣隙主磁通相對(duì)應(yīng)的定子每相繞組勵(lì)磁電抗；

x1－定子繞組每相漏抗；

r1－定子繞組每相電阻；電磁轉(zhuǎn)矩變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)子電流變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制令dT/ds=0，可以求得產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩式中－定子每相漏感；

變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制令dT/ds=0，可以求得產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制結(jié)論：（1）保持U1/f1恒定進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，最大輸出轉(zhuǎn)矩將隨f1的降低而降低。（2）直線部分斜率不變（硬度相同），這點(diǎn)只在轉(zhuǎn)差率趨近于零（即s→0）時(shí)才成立。（3）在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力降低。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制結(jié)論：變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制圖3－3保持U1/f1恒定時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制圖3－3保持U1/f1恒定時(shí)變頻調(diào)速的變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制帶電壓補(bǔ)償（函數(shù)發(fā)生器補(bǔ)償）的恒U1/f1控制采用U1≈E1，使控制易于實(shí)現(xiàn)，但也帶來(lái)誤差，由異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路圖3－1可知，U1扣除定子漏抗壓降之后的部分即由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1所平衡。顯然，被忽略掉的定子漏抗壓降在U1中所占比例的大小決定了它的影響。在低頻段提高定子電壓U1，目的是補(bǔ)償定子漏阻抗壓降，近似地維持E1/f1恒定。電壓補(bǔ)償雖可有效改善機(jī)械特性，但在低頻空載時(shí)，亦減小補(bǔ)償，避免Φm較大。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制帶電壓補(bǔ)償（函數(shù)發(fā)生器補(bǔ)償）的恒U1/f變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制f1Nf加補(bǔ)償n圖3－4常用補(bǔ)償曲線變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒轉(zhuǎn)矩控制f1Nf加補(bǔ)償n圖3－4常用補(bǔ)償曲線變變頻調(diào)速的恒功率控制在額定頻率（基頻）以上調(diào)速時(shí)，鑒于電動(dòng)機(jī)繞組是按額定電壓等級(jí)設(shè)計(jì)的，超過(guò)額定電壓運(yùn)行將受到繞組絕緣強(qiáng)度的限制，另一方面電源電壓決定了加到定子上電壓的峰值，因此定子電壓不可能與頻率成正比地升高，只能保持在額定電壓，即U1＝U1N。由定子感應(yīng)電勢(shì)表達(dá)式可知，這時(shí)氣隙磁通隨著頻率f1的升高而反比例下降，類(lèi)似于直流電動(dòng)機(jī)的弱磁升速。變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻器的控制方式與機(jī)械特性培訓(xùn)教材(PPT32頁(yè))變頻調(diào)速的恒功率控制在額定頻率（基頻）以上調(diào)速時(shí)，鑒于電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的恒功率控制體現(xiàn)定子電壓、供電頻率及電動(dòng)機(jī)參數(shù)關(guān)系的機(jī)械特性方程式如下：電磁轉(zhuǎn)矩

令dT/ds=0，即可求出最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率變頻器的