变频调速原理.pptx

异步电动机和变频调速原理异步电动机和变频调速原理 目目前前市市场场上上，实实现现交交、直直流流电电动动机机调调速速的的驱驱动动器器产产品品有有多多种种，就就调调速速性性能能来来说说，无无论论对对直直流流电电动动机机还还是是对对交交流流电电动动机机都都可可以以实实现现十十分分优优良良的的无无级级调调速速；但但从从电电动动机机本本身身的的现现场场使使用用来来说说，交交流流电电动动机机远远优优于于直直流流电电动动机机，主主要要原原因因在在于于直直流流电电动动机机内内部部有有碳碳刷刷和和换换向向片片，需需要要经经常常检检修修，不不能能适适用用于于恶恶劣劣的的环环境境，耐耐压压和和容容量量也也受受限限制制。因因此此，近近年年来来交交流流电电动动机机调调速速技技术术在在使使用用上上取取得得了了绝绝对对优优势势，在在交交流流电电动动机机的的各各种种调调速速技技术术中中，异异步步电电动动机机的的变变频频调调速速技技术最具代表性。术最具代表性。我我们们知知道道，电电网网提提供供的的交交流流电电是是恒恒压压恒恒频频的的，变变频频器器产产品品的的作作用用是是改改变变电电源源的的频频率率和和电电压压，对对交交流流异异步步电电动动机机实实现现无无级级变变速速。变变频频调调速速技技术术是是功功率率电电子子技技术术、微微电电子子技技术术与与微微机机控控制制技技术术高高度度发发展展的的产产物物，在在变变频频器器交交流流电电动动机机调调速速系系统统中中，变变频频器器具具有有升升速速快快，无无级级变变速速范范围围宽宽，动动特特性性好好等等优优点点，而而交交流流电电动动机机又又具具有有环环境境适适应应性性强强，维维修修简简单单，价价格格低低等等优优势势，这这使使得得变变频频调调速速技技术术在在机机械械、钢钢铁铁、有有色色金金属属、矿矿山山、石石油油化化工工、纺纺织织、电电力力、建建材材、轻轻工工、医医药药、造造纸纸、卷卷烟烟、自自来来水水等行业中均获得广泛应用。等行业中均获得广泛应用。交流异步电动机的变频调速的原理，可从异步电动交流异步电动机的变频调速的原理，可从异步电动机的转速方程得出。转速方程如下所示机的转速方程得出。转速方程如下所示：式中：式中：n n电动机的实际转速电动机的实际转速 f1f1电动机定子绕组的供电频率电动机定子绕组的供电频率 p p旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数 S S转差率，表示定子旋转磁场的同步转速转差率，表示定子旋转磁场的同步转速n1 n1 与与n n的关系：的关系：n=n1(1-S)n=n1(1-S)因因此此，只只要要平平滑滑地地调调节节异异步步电电动动机机的的定定子子供供电电频频率率f f1 1，就就可可以以平平滑滑调调节节异异步步电电动动机机的的同同步步转转速速n n1 1。由由于于转转子子是是跟跟随随旋旋转转磁磁场场同同步步旋旋转转的的，转转子子转转速速为为n n=n n1(1-1(1-s s)，所所以变频能通过同步转速的改变实现异步电动机的无级调速。以变频能通过同步转速的改变实现异步电动机的无级调速。表表面面看看来来，只只要要改改变变定定子子电电压压的的频频率率f f1 1就就可可以以调调节节转转速速的的大大小小，但但是是事事实实上上，只只改改变变f f1 1并并不不能能正正常常调调速速。参参考考异异步电动机的电压方程步电动机的电压方程 U U1 1E E1 1=4.44=4.44f f1 1K K1 1N N1 1 式中：式中：U1U1定子相电压定子相电压 E1E1定子相电动势定子相电动势 N1N1定子相绕组总匝数定子相绕组总匝数 K1K1基波绕组系数基波绕组系数 每极气隙磁通每极气隙磁通 假假设设现现在在只只改改变变f f1 1进进行行调调速速，设设供供电电频频率率f f1 1上上下下调调节节，而而供供电电电电压压U U1 1不不变变，因因K K1 1N N1 1为为常常数数，则则异异步步电电动动机机的的主主磁磁通通必必将将改改变变：如如f f1 1向向上上调调，则则会会下下降降，这这使使得得拖拖动动转矩转矩T T下降，下降，因因为为T T=C=CT TII2 2 coscos2 2 ，电电动动机机的的拖拖动动能能力力会会降降低低，对对恒恒转转矩矩负负载载会会因因拖拖不不动动而而堵堵转转；如如f f1 1向向下下调调，则则会会增增强强，这这会会带带来来更更大大的的危危险险，因因为为电电机机铁铁磁磁材材料料的的磁磁化化曲曲线线不不是是直直线线而而具具有有饱饱和和特特性性，设设计计电电机机时时为为了了建建立立更更强强的的磁磁场场，其其工工频频下下的的工工作作点点已已经经接接近近磁磁饱饱和和，如如再再增增强强磁磁场场势势必必引引起起励励磁磁电电流流（体体现现在在定定子子电流上）急剧升高，电流上）急剧升高，最终烧坏电机。最终烧坏电机。由由上上可可知知，只只改改变变频频率率f f1 1实实际际上上并并不不能能正正常常调调速速。在在许许多多场场合合，要要求求在在调调节节定定子子供供电电频频率率f f1 1的的同同时时，调调节节定定子子供供电电电电压压U U1 1的的大大小小，通通过过U U1 1和和f f1 1的的不不同同配配合合实实现现安全的调频调速。安全的调频调速。1 1 保持保持U U1 1/f f1 1=常数的近似恒磁通控制方式常数的近似恒磁通控制方式 由由于于E E1 1/f f1 1U U1 1/f f1 1，故故调调节节三三相相异异步步电电动动机机的的供供电电频频率率f f1 1时时，按按比比例例调调节节供供电电电电压压的的U U1 1的的大大小小可可以以近近似似实实现现为为常常数数。以以星星形形接接法法的的电电机机为为例例，变变频频调调速速时时，如如供供电电50 50 HzHz对对应应220 220 V V相相电电压压（一一般般为为额额定定点点），则则25 25 HzHz需需提提供供110 110 V V相相电电压压，10 10 HzHz需需提提供供44 V44 V相电压。相电压。图1 保持U1/f1=常数控制方式的机械特性 在在机机械械特特性性上上，保保持持U U1 1/f f1 1=常常数数的的近近似似恒恒磁磁通通控控制制方方式式的的机机械械特特性性曲曲线线族族体体现现为为近近似似恒恒转转矩矩性性质质，如图如图1 1所示。所示。由由机机械械特特性性曲曲线线可可以以看看出出，U U1 1/f f1 1=常常数数调调速速方方式式在在低低频频低低速速运运行行时时拖拖动动力力矩矩不不足足，显显然然，U U1 1/f f1 1=常常数数的的调调速速方方式式并并不不是是真真正正的的恒恒磁磁通通调调速速，这这是是因因为为电电动动机机的的主主磁磁通通与与E E1 1/f f1 1成成正正比比例例，严严格格意意义义上上不不是是与与U U1 1/f f1 1成成正正比比，外外加加电电压压U U1 1只只是是在在不不计计定定子子内内阻阻时时才才近近似等于反电势似等于反电势E E1 1。当当供供电电频频率率和和电电压压变变得得较较低低时时，内内阻阻的的影影响响增增大大，E E1 1达达不不到到要要求求值值，就就出出现现了了低低速速下下拖拖动动转转矩矩明明显显不不足足的的问问题题。解解决决这这个个问问题题的的方方法法是是采采用用E E1 1/f f1 1=常常数数的的严严格恒磁通控制方式。格恒磁通控制方式。2 2 保持保持E E1 1/f f1 1=常数的严格恒磁通控制方式常数的严格恒磁通控制方式 在在三三相相异异步步电电动动机机中中，E E1 1不不是是一一个个可可以以直直接接测测量量和和控控制制的的物物理理量量，所所以以变变频频调调速速所所能能做做的的仍仍然然是是通通过过控控制制供供电电电电压压U U1 1来来间间接接控控制制反反电电势势E E1 1。在在通通用用变变频频器器产产品品中中，通通常常采采用用的的措措施施是是低低频频段段电电压压补补偿偿法法，使使U U1 1与与f f1 1满满足足下下图图的的配配合合关关系系。图图2 2中中U U1 1N N和和f f1 1N N分分别别为为电电动动机的额定电压和额定频率。机的额定电压和额定频率。利利用用图图2 2实实现现严严格格恒恒磁磁通通的的基基本本思思路路是是以以近近似似恒恒磁磁通通控控制制方方式式为为基基础础，在在U U1 1/f f1 1=常常数数的的基基础础上上加加一一定定的的供供电电电电压压U U1 1提提升升，以以补补偿偿定定子子内内阻阻压压降降对对反反电电势势E E1 1的的影响，影响，使使E E1 1/f f1 1=常数。常数。低低频频低低速速运运行行时时内内阻阻压压降降较较小小，需需要要加加强强U U1 1的的补补偿偿量量；而而额额定定工工作作点点附附近近（50 50 HzHz）内内阻阻压压降降较较小小，可可以不加补偿。以不加补偿。图2 实现严格恒磁通的U1与f1配合关系图3 保持E1/f1=常数控制方式的机械特性 严严格格恒恒磁磁通通控控制制方方式式下下，变变频频调调速速电电动动机机的的机机械械特特性性如如图图3 3所所示示，特特性性曲曲线线族族呈呈现现恒恒转转矩矩性性质质。实实际际补补偿偿时时，必必须须根根据据不不同同参参数数的的电电动动机机运运用用不不同同的的补补偿偿曲曲线线才才能能取取得得理理想想的的补补偿偿效效果果，补补偿偿不不足足会会造造成成拉拉力力不足，不足，过度补偿则会造成起动时电流过大。过度补偿则会造成起动时电流过大。此此外外，在在变变频频调调速速时时，如如果果将将频频率率调调到到额额定定频频率率以以上上（大大于于50 50 HzHz），则则不不允允许许将将供供电电电电压压比比例例上上调调，U U1 1只只能能保保持持在在U U1 1N N不不变变，因因为为所所有有的的用用电电器器都都不允许超过额定电压。不允许超过额定电压。