電機(jī)與電氣控制課件：三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

n=

n1

(1一s)

=

(1一s)n為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。n1為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速。

f1為電動(dòng)機(jī)的定子繞組供電頻率。

p為電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。s為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。變頻調(diào)速：通過改變通入電動(dòng)機(jī)定子繞組的電源頻率f1來調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速n1

，從而使電動(dòng)機(jī)獲得不同的轉(zhuǎn)速n。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

，是近20年來發(fā)展起來的新技術(shù)。隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展

，交流調(diào)速

系統(tǒng)已進(jìn)入實(shí)用化、

系列化

，采用變頻器的變頻調(diào)速已

獲得廣泛應(yīng)用

。從基頻向下調(diào)速時(shí)

，只要電壓與頻率成正比地調(diào)節(jié)

，則過載

能力不變

，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。從基頻向上調(diào)速時(shí)

，必須保持U1=UN

，定子電壓不能隨頻率

升高

，則輸出轉(zhuǎn)矩下降

，輸出功率為定值

，為恒功率調(diào)速。即

：要使電動(dòng)機(jī)充分利用

，就要使變頻電源輸出電壓的大

小與頻率的高低成正比地調(diào)節(jié)。結(jié)論2)

：保證電動(dòng)機(jī)的過載能力不變，就要求：結(jié)論1)

：保證電動(dòng)機(jī)充分利用就要保持主磁通不變，即：1)

額定頻率fN對(duì)應(yīng)的曲線是電動(dòng)

機(jī)的固有機(jī)械特性。2)

固有機(jī)械特性上方的兩條曲線，

對(duì)應(yīng)的是基頻以上調(diào)速時(shí)，

電動(dòng)機(jī)

的人為機(jī)械特性。3)

固有機(jī)械特性下方的四條曲線，

對(duì)應(yīng)的是基頻以下調(diào)速時(shí)，

電動(dòng)機(jī)

的人為機(jī)械特性。變頻調(diào)速的機(jī)械特性低頻調(diào)速(

)的特點(diǎn)：1)

同步轉(zhuǎn)速n1正比于頻率f1。2)

頻率下調(diào)的幅度不大時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)

矩隨頻率下降而增加，最大轉(zhuǎn)矩和臨

界轉(zhuǎn)速降保持不變，變頻前后的機(jī)械特性曲線基本平行。3)

頻率下調(diào)的幅度過大時(shí)，導(dǎo)致電

壓U1過低，定子電阻的壓降不能再被

忽略，主磁通嚴(yán)重下降，

電動(dòng)機(jī)的最

大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩反而會(huì)減小。基頻以下調(diào)速

，應(yīng)始終保持U1/f1=定值

，屬近似恒磁

通控制

，

即

：采用恒壓頻比控制方式。基頻以下調(diào)速的機(jī)械特性基頻以上調(diào)速(U1=UN)的特點(diǎn)：1)

隨著頻率f1增大，主磁通Фm減小

(弱磁調(diào)速)

，

電動(dòng)機(jī)允許的輸出轉(zhuǎn)

矩下降，最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都變小。2)

頻率f1增大則轉(zhuǎn)速n升高，

電動(dòng)機(jī)

的容許輸出功率P=Tn/9.55=定值，所

以基頻以上調(diào)速是恒功率調(diào)速。3)

頻率f1增大得越多，主磁通Фm越小，

電動(dòng)機(jī)允許的輸出

轉(zhuǎn)矩下降就越多，最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩就變得越小，可能會(huì)

使電機(jī)堵轉(zhuǎn)，而且頻率f1增大得越多，轉(zhuǎn)速n就越高，轉(zhuǎn)速n

過高則容易引發(fā)安全事故。基頻以上調(diào)速

，應(yīng)始終保持U1=UN?；l以上調(diào)速的機(jī)械特性要實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

，必須有能夠同時(shí)改變電壓和頻率的供電電源。

變頻調(diào)速是由變頻器向交流電動(dòng)機(jī)供電

并構(gòu)成調(diào)速系統(tǒng)的。變頻器是把固定電壓、

固定頻率的交流電

，變換成可調(diào)電壓、

可調(diào)頻率的交流電的變換器。1)

交--直--交變頻器間接變頻裝置

，先把三相工頻電源經(jīng)整流器整流成直流

，再

用逆變器把直流變?yōu)檎{(diào)頻調(diào)壓的三相交流電。2)

交--交變頻器直接變頻裝置

，能夠?qū)⑵胀ê銐骸?/p>

恒頻的三相交流電

，通過

電力變流器直接轉(zhuǎn)換為可調(diào)壓調(diào)頻的三相交流電

，

中間不經(jīng)

過直流環(huán)節(jié)

，又稱為直接交流變頻器。優(yōu)點(diǎn)：1)

可適用于不同的負(fù)載：從基頻向下調(diào)時(shí)

，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)

，

也可進(jìn)行恒功率調(diào)速；從基頻向上調(diào)時(shí)

，近似為恒功率調(diào)速性質(zhì)。2)

頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)

，平滑性好

，能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。3)

機(jī)械特性硬

，調(diào)速范圍大

，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：1)

變頻器的初投資太高。2)

變頻器輸出的電流或電壓的波形非正弦波

，

由此產(chǎn)生的高次諧

波會(huì)污染電網(wǎng)。應(yīng)用：1)

生產(chǎn)實(shí)際中

，變頻調(diào)速大都用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。2)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展

，變頻器的性能越來越好

，應(yīng)用前景日益

廣闊。變頻調(diào)速將成為今后交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速發(fā)展的主要方向。因?yàn)樵谝欢ǖ皖l下啟動(dòng)時(shí)

，

電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流小且

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大

，有利于縮短啟動(dòng)時(shí)間

，所以應(yīng)采用

低頻啟動(dòng)。變頻調(diào)速時(shí)，頻率升高的幅度要與電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)

行情況相適應(yīng)。圖中，當(dāng)頻率由f11一下子升高

到f13時(shí)，頻率升高的幅度太大，

不僅達(dá)不到升頻增速的目的，

而且還造成了電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。正確的做法：先把頻率由f11升

高到f12，穩(wěn)定運(yùn)行后，再把頻

率升高到f13，就能達(dá)到升速的

目的。電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性若先將頻率由f11增到f12

，工作點(diǎn)由f11上的1點(diǎn)切換到f12上的3點(diǎn)，

工作點(diǎn)3處對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

，促使轉(zhuǎn)速逐漸升高

至f12上的4點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

然后，再升高頻率到f13

，工作點(diǎn)由f12上的4點(diǎn)切換到f13上的5點(diǎn)，

工作點(diǎn)5處對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T3大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL

，促使轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高

至工作點(diǎn)6

，轉(zhuǎn)矩又達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)在6點(diǎn)高速穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)頻率由f11增加到f13時(shí)，由于機(jī)械