湖大課件電機控制24變頻調(diào)速

2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道1§2—4異步電機變頻調(diào)速理論

變頻器所提供的電源含較大的諧波成份，但起決定作用的還是基波。所以，下面以基波為主進(jìn)行分析。

變頻調(diào)速控制是本課程學(xué)習(xí)的重點，其內(nèi)容十分廣泛，我們將從變頻調(diào)速理論、變頻調(diào)速系統(tǒng)、矢量變換控制及直接轉(zhuǎn)矩控制等方面進(jìn)行討論。一、變頻調(diào)速的基本控制方式2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道2式中：

——定子供電頻率；

——定子每相串聯(lián)匝數(shù)；

——基波繞組系數(shù)；

——每極氣隙磁通當(dāng)電機一旦選定，結(jié)構(gòu)參數(shù)確定，則有：

說明只要協(xié)調(diào)地控制，即可到達(dá)控制氣隙磁通的目的，但控制方式隨運行頻率在基頻以下以及基頻以上而不同。

2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道31.基頻以下的控制：恒磁通控制恒電壓頻率比低頻時定子電阻降壓補償2.基頻以上,近似恒功率控制不變,升高,氣隙磁通減小

2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道4電壓源型變頻器供電時

異步電機的工作特性

電壓源型逆變器電流源型逆變器逆變器L+-逆變器+-C2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道5恒頻恒壓運行時的電磁轉(zhuǎn)矩(機械特性)2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道6特點:●

s很小時對應(yīng)直線a●

s接近1時對應(yīng)雙曲線b●

s為中間數(shù)時曲線從直線過渡到雙曲線ST001ab2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道71.恒壓頻比控制的機械特性2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道8不同頻率時Δn相同:Δn=··最大轉(zhuǎn)矩隨頻率降低而減小而·2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道9恒壓頻比控制的特點同步轉(zhuǎn)速隨運行頻率變化；不同頻率下機械特性為一組硬度相同的直線；最大轉(zhuǎn)矩隨頻率的降低而減小。2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道102.恒氣隙電勢/頻率比控制機械特性線性段的范圍比恒壓頻比控制更寬即調(diào)速范圍更廣。2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道11低頻下起動轉(zhuǎn)矩比額定頻率下的起動轉(zhuǎn)矩大,而起動電流并不大,轉(zhuǎn)子功率因數(shù)高,這是變頻調(diào)速的重要優(yōu)點.即在任何運行頻率下的最大轉(zhuǎn)矩恒定不變.2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道12實現(xiàn)途徑:是電機內(nèi)部量,無法直接控制.必須隨著頻率的降低,適當(dāng)提高定子電壓,以補償定子漏阻抗壓降(主要是定子電阻壓降)對氣隙電勢的影響.補償量:式中定子電阻越大,即Q值越小,定子電壓所需補償?shù)某潭纫簿驮酱?直線斜率變小)2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道13注意:采取電流反饋控制使輕載時電壓降低,克服“過補償”(只考慮最大轉(zhuǎn)矩恒定)風(fēng)機、水泵等負(fù)載反而常常采用減小電壓/頻率比的運行方式,降低輕載時的電機損耗(低速時不要求滿載)2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道143.恒轉(zhuǎn)子電勢/頻率比控制特點:與他勵直流電機一樣為直線型機械特性與控制,控制相比,穩(wěn)態(tài)特性最好2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道15實現(xiàn)途徑:將電壓頻率協(xié)調(diào)控制中低頻段值再提高一點,且隨時補償轉(zhuǎn)子上的漏抗壓降.這是高性能交流電機變頻調(diào)速最終追求的目標(biāo);(轉(zhuǎn)子全磁通幅值為常數(shù))的控制是矢量控制要實現(xiàn)的目標(biāo)之一。

以上3種控制方式適合于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載.2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道164.恒功率運行電氣車輛牽引要求低速時輸出大轉(zhuǎn)矩.高速時輸出小轉(zhuǎn)矩即要求恒功率運行.實現(xiàn)途徑:注意:因

所以,電機氣隙磁通將隨功率的減小而增大,在設(shè)計恒功率負(fù)載的電機時,應(yīng)按運行中最低頻率來考慮它的磁路狀態(tài).2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道17電流源型變頻器供電時,異步電機的工作特性電流源:逆變器因大電感濾波,電流維持基本恒定恒流源供電時異步電機等值電路戴維寧定律2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道18電磁轉(zhuǎn)矩(機械特性):2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道19特點（恒流源供電時）:恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速臨界轉(zhuǎn)差率很小起動轉(zhuǎn)矩小穩(wěn)定運行的轉(zhuǎn)速范圍窄2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道20注意:應(yīng)控制轉(zhuǎn)差率,避免在極低轉(zhuǎn)差率下運行(輕載時勵磁電勢很高),使主磁路不致飽和；在恒流源供電時,過載能力低,只適合于負(fù)載變化不大的場合；加電壓、電流閉環(huán)控制后，獲得與電壓源供電時完全相同的特性，變得實用。2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道21四、變頻器非正弦供電時對異步電機運行性能的影響1.變頻電源的非正弦特性波形

a)6階梯波

b)12階梯波

c)PWM波2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道22三相系統(tǒng)不存在3及3的倍數(shù)次諧波電機諧波轉(zhuǎn)差率：k次諧波電壓有效值：k次諧波電壓初相位：基波角頻率2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道23異步電機諧波等值電路（因很小，可以忽略）額定電流有效值增大2%~10%2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道24

2.電源非正弦對電機運行性能的影響氣隙最大磁密增加,（6階時大10%，磁飽和）,磁化電流增大。定子漏抗因磁飽和而減?。?5%~20%）。轉(zhuǎn)子集膚效應(yīng)相當(dāng)強，使得電抗值增大幾倍；而槽漏感則減小到直流時的1/3，電流集中于槽口，轉(zhuǎn)子諧波損耗成為重要問題。2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道25功率因數(shù)明顯下降（諧波和飽和）損耗和效率；諧波轉(zhuǎn)矩（恒定諧波轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩）；電應(yīng)力問題；軸電流問題2023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道262023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道272023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道282023/5/23電氣與信息工程學(xué)院黃守道29（1）諧波轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)為恒定諧波轉(zhuǎn)矩和脈動轉(zhuǎn)矩。