广东 2022 中职 《自动控制技术》 第五章 异步电动机的调速系统 课件

第五章 异步电动机的调速系统 §5—2 变频器的分类及工作原理 §5—1 变频调速的基础知识 §5—3 转速开环变频调速系统 §5—5 异步电动机矢量控制变频调速系统 §5—4 异步电动机转差频率控制系统 §5—1 变频调速的基础知识 由n0=60f1／p知，当极对数p不变时，同步转速n0和电源频率f1成正比。连续地改变供电电源频率，就可以平滑地调节电动机的速度。这种调速方法称为变频调速。 由U1 ≈E1=4.44f1KN1N1 Φm可知，若U1不变，f1与Φm成反比。如果f1下降，则Φm增加，使磁路过饱和，励磁电流迅速上升，铁损增加，电动机效率降低，也使功率因数减小。如果f1上升，则Φm减小，电磁转矩减小，电动机的过载能力下降。可见，在调节f1的同时，还要协调地控制其他量，才可以使异步电动机具有较好的性能。一般是在调节f1的同时，控制U1或定子电流I1。两个被控量的协调关系不同时，有不同的机械特性。 第五章 异步电动机的调速系统 一、保持U1／f1恒定的控制方式 一般生产机械的负载多为恒转矩负载。对恒转矩负载，希望在调速过程中保持最大转矩Tmax不变，即电动机的过载能力不变。由电机学可知，最大转矩Tmax为： 第五章 异步电动机的调速系统 式中，X1和X2′为定子漏电抗和转子漏电抗的折合值。 若忽略定子电阻r1，并考虑到X1十X2′ = Xk =2πf1 (L1+L′2)，则Tmax ∝(U1／f1) 2，所以，在从额定频率(称为基频)向下调节f1时，协调控制U1，使f1与U1的比值保持不变，即可保证在调速过程中，电动机的最大转矩不变。该方式称为压频比恒定的控制方式。 这种控制方式的变频调速只适用于风机类负载，或是能轻载起动，而又要求调速范围较小的场合。 第五章 异步电动机的调速系统 对于要求调速范围大的恒转矩负载，希望在整个调速范围内保持最大转矩不变，即Φm不变，可以采用E1／f1＝常数的控制方式，也称为恒磁通控制方式。 由于异步电动机的感应电动势E1不好测量和控制，所以在实际应用中，多采用补偿的办法。随着f1的降低，适当提高Ul，以补偿r1上的压降，等效地满足E1 ／ f1 ＝常数，以达到维持最大转矩不变的目的。如图所示的曲线1为Ul ／ f1 ＝常数时的Ul与f1的关系曲线；曲线2是随f1的降低，逐渐增加补偿量时的Ul与f1的关系曲线；曲线3所示的补偿情况，除与曲线2相同处外，又考虑到低频空载时，由于电阻压降减小，应减少补偿量，否则将使电动机磁通Φm增大，导致磁路过饱和带来的问题，故Ul与f1的曲线是折线。具体如何选择这一曲线，要根据生产工艺要求而定。 第五章 异步电动机的调速系统 恒磁通变频调速时的补偿特性 第五章 异步电动机的调速系统 二、恒功率控制方式 电动机在额定转速以上运行时，定子频率将大于额定频率，如按以上控制方式，定子电压则要相应地高于额定电压，这是不允许的。因此在基频以上应采取恒功率控制方式。这与直流电动机在额定转速以上，采用恒压弱磁调速相似。此时，由于定子电压限制在允许范围内，而频率升高，致使气隙磁通减小，转矩减小，但因为转速上升了，所以属恒功率性质。 只要满足U12/ f1为常数的条件，即可达到恒功率调速。实际在基频以上调速时，是保持Ul为额定值不变，而只升高频率，所以为近似恒功率调速。 第五章 异步电动机的调速系统 三、恒流控制方式 在变频调速时，保持异步电动机定子电流I1 恒定，称为恒流控制方式。由于恒流控制方式限制了I1 ，所以最大转矩一般要比异步电动机本身的最大转矩小很多。因此，这种控制方式只适用于负载变化不大的场合。 综上所述，一般在基频以下采用Ul ／ f1为常数或E1 / f1为常数的控制方式，基频以上采用恒功率控制方式。因此要有针对性地研究机械特性。 第五章 异步电动机的调速系统 四、机械特性 由n0 ＝60 f1／p可知，由不同的n0可得到不同的机械特性。若再得知最大转矩的变化规律和机械特性运行段的斜率，即可大致画出变频调速的机械特性。 第五章 异步电动机的调速系统 1.最大转矩 当f1从基频向下调，而数值较高时，r1可忽略，Tmax∝ Ul ／ f1，按压频比恒定的控制方式调速，最大转矩基本保持不变。当f1数值较低时， r1不可忽略，最大转矩将减小。这是因为在r1上产生的压降使得定子电动势E1进一步降低，气隙磁通Φm减小，所以，即使保持Ul ／ f1＝常数，也不能保持Φm不变，致使最大转矩Tmax减小。 f1下降越多， r1的影响越大， Tmax减小越多。为了提高低速时电动机的过载能力，必须适当地提高Ul ，采用E1／ f1＝常数的控制方式。当从基频向上调时， Ul保持额定值不变， f1增加， Φm减小， Tmax随之减小。 第五章 异步电动机的调