异步电动机变频调速控制系统设计毕业设计论文(6)

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而在较宽的调速范围内，使电动机的效率、功率因数不下降。用变频器中广泛采用的控制方式。

Vf控制是目前通

三相交流异步电动机在工作过程中铁心磁通接近饱和状态，从而使铁心材料得到充分的利用。在变频调速的过程中，当电动机电源的频率发生变化时，电动机的阻抗将随之变化，从而引起励磁电流的变化，使电动机出现励磁不足或励磁过强。在励磁不足时电动机的输出转矩将降低，而励磁过强时又会使铁心中的磁通处于饱和状态，是电动机中流过很大的励磁电流，增加电动机的功率损耗，降低电动机的效率和功率因数。因此在改变频率进行调速时，必须采取措施保持磁通恒定为额定值。

由电机理论知道，电机定子的感应电势有效值是：

E1?4.44f1N1KN1?m?m?

则

E1E?m?14.44f1KN1N1 即f1 （2-10）

另外，电机的电磁转矩为:

?e?CT?m?2cos?2 （2-11）

其中 CT—与电动机有关的常数；Cos?2—转子每相电路功率因数；

?2—转子电压与电流的相位差；?e—电机的电磁转矩。

?由式(2-10)推断，若E1不变，当定子电源频率f1增加，将引起气隙磁通m减小；而由式(2-11)可知，

?m减小又引起电动机电磁转矩

?e减小，这就出现了

频率增加，而负载能力下降的情况。在E1不变时，而定子电源频率f1减小，又将引起

?m增加,

?m增加将导致磁路饱和，励磁电流升高，从而导致电动机发热，

严重时会因绕组过热而损坏电动机。由以上情况可知:变频调速时，必须使气隙磁通不变。因此，在调节频率的同时，必须对定子电压进行协调控制，但控制方式随运行频率在基频以下和基频以上而不同。 （1）基频以下调速

由式(2-10)可知，要保持

?mf不变，当频率f1从额定值N向下调节时，必须

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同时降低E1,使

E1f1=常值。只要保持

E1f1为常数，就可以达到维持磁通恒定的

目的。因此这种控制又称为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。 根据电机端电压和感应电势的关系式： 式中:

U1U1?E1?(r1?jx1)I1 (2-12)

xIr-定子相电压；1-定子电阻； 1-定子阻抗；1-定子电流。

U1当电机在额定运行情况下，电机定子电阻和漏阻抗的压降较小，

V和

E1可

以看成近似相等，所以保持

Vf=常数即可。

由于

f比恒定调速是从基频向下调速，所以当频率较低时，U1与 E1都变

小，定子漏阻抗压降(主要是定子电阻压降)不能再忽略。这种情况下，可以人为地适当提高定子电压以补偿电阻压降的影响，使气隙磁通基本保持不变。 变频后的机械特性如图2.4所示。

图2.4 电动机低于额定转速方向调速时的机械特性

从图2.4中可以看出，当电动机向低于额定转速

n0方向调速时,曲线近似平

行地下降，减速后的电动机仍然保持原来较硬的机械特性；但是临界转矩却随着电动机转速的下降而逐渐减小，这就是造成了电动机负载能力的下降。

临界转矩下降的原因可以如下解释：为了使电动机定子的磁通量

?m保持恒

定，调速时就要求感应电动势E1与电源频率f1的比值不变，为了使控制容易实

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现，采用电源电压U≈E1来近似代替，这是以忽略定子阻抗压降作为代价，当然存在一定的误差。显然，被忽略的定子阻抗压降在电压U中所占的比例大小决定了它的影响。当f1的数值相对较高时，定子阻抗压降在电压U中所占的比例相对较小，U≈E1所产生的误差较少；当f1的数值较低时，定子阻抗压降在电压U中所占的比例下降，而定子阻抗的压降并不按同比例下井，使得定子阻抗压降在电压U中的比例增大，已经不能再满足U≈E1。此时如果仍以U代替E1，将带来很大的误差。因为定子阻抗压降所占的比例增大，使得实际上产生的感应电动势E1减小，转矩的下降。

变频后机械特性的降低将是电动机带负载能力减弱，影响交流电动机变频调

VE1f1的比值减小，造成磁通量?m减小，因而导致电动机的临界

速的使用。一种简单的解决方法就是所示的

Vf转矩补偿法。

f转矩补偿法的原理是：针对频率f降低时，电源电压U成比例地降低引起的

U的下降过低，采用适当的提高电压U的方法来保持磁通量?m恒定，使电动机转矩回升，因此，有些变频器说明书又称它为转矩提升（Torque Boost）。带定子压降补偿的压频比控制特性示于图2.5中的b线，无补偿的控制特性则为a线。

定子降压补偿只能补偿于额定转速方向调速时的机械特性，而对向高于额定转速方向调速时的机械特性不能补偿。

图2.5 压频比控制特性曲线

补偿后的机械特性曲线如图2.6所示。

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图2.6 补偿后的机械特性曲线

（2）基频以上调速

在基频以上调速时，频率可以从额定频率出额定电压

UNfN向上增高，但是电压却不能超

，由式（2-10）可知，这将迫使磁通与频率成反比例降低。这种

调速方式下，转子升高时转矩降低，属于恒功率调速方式。 变频后的机械特性如图2.7所示。

图2.7 电动机高于额定转速方向调速时的机械特性

当电动机向高于额定转速

n0方向调速时，曲线不仅临界转矩下降，而且曲

线工作段的斜率开始增大，使得机械特性变软。

造成这种现象的原因是：当频率f1升高时，电源电压不可能相应升高。这是因为电动机绕组的绝缘强度限制了电源电压不能超过电动机的额定电压，所以，磁通量

?m将随着频率f1的升高反比例下降。磁通量的下将使电动机的转矩下

降，造成电动机的机械特性变软。

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以上调速方式相应的特性曲线如图2.8所示。

恒转矩调速恒功率调速

图2.8整个频率调速的特性曲线

注：图中曲线1——在低频时没有定子降压补偿的压频曲线和主磁通曲线 图中曲线2——在低频时有定子降压补偿的压频曲线和主磁通曲线

Vf比恒定控制存在的主要问题是低速性能差。其原因一方面是低速时定子的电

Vf比恒定控制就不能保持电机磁

压和电势近似相等条件已不能满足，所以仍按

通恒定，而电机磁通的减小势必会造成电机的电磁转矩减小。另一方面原因是低速时逆变器桥臂上、下开关元件的导通时间相对较短，电压下降，而且它们的互锁时间也造成了电压降低，从而引起转矩脉动，在一定条件下这将会引起转速、电流的振荡，严重时会导致变频器不能运行。

第三章 变频器主电路

3.1主电路的工作原理

变频调速实际上是向交流异步电动机提供一个频率可控的电源。能实现这个功能的装置称为变频器。变频器由两部分组成：主电路和控制电路，其中主电路通常采用交-直-交方式，先将交流电转变为直流电(整流，滤波)，再将直流电 …… 此处隐藏：1069字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……