10第十章交流变频调速系统.ppt

第10章 交流变频调速系统 10.1 交流变频调速的概念 10.2 脉宽调制型变频调速系统 10.3 数字式通用变频器及其应用 10.4 脉宽调制型交流变频调速系统 10.5 数字式通用变频器及其应用 10.1 交流变频调速的概念 10．1．1 交流调速系统简介 1．交流电动机调速的发展简况 异步交流电动机诞生于19世纪末，具有结构简单、装置坚固、运行可靠、维护便利等特点，在单机容量、供电电压和速度极限等方面均优于直流电动机，所以很快成为工业社会的核心，是传动系统的主力。 由于交流电动机的转速主要决定于输入交流电源的频率，长期以来一直作为定速传动使用，其根本原因在于交流电源的频率调整是较为困难的，特别是大功率场合。虽然在某些场合可以采用转子串电阻、定子调压等方法进行有限的调速运行， 10.1 交流变频调速的概念 但其稳定性、可靠性及效率等方面均存在许多问题，极大地限制了交流异步电动机的使用。 随着电力电子半导体器件的发展，交流变频技术开始成熟并进入实用化，从而彻底改变了交流电动机的应用限制。各种采用新型器件的交流变频装置不断涌现，性能不断提高，交流调速系统越来越广泛地应用于国民经济的各个领域，使得电动机的调速进入了交流化的时代。 由于采用了可变频率、可调电压的交流电源供电，实现了很高精度的转速调节，并在快速性、正反转控制和制动等方面的技术难点均得到了有效的解决，使其调速性能可以和直流调速相媲美， 10.1 交流变频调速的概念 加上交流电动机本身的优越性，使交流调速系统逐渐成为调速传动的主流。 2．交流调速的基本方法 交流电动机的转速方程式为 式中：n为电动机实际转速；f1为定子供电电源频率；s为转差率；p为磁极对数；n1为定子旋转磁场的同步转速。 由该转速方程式可知，交流电动机有三种调速方法： 10.1 交流变频调速的概念 1）变极调速 通过改变磁极对数p，来调节交流电动机的转速。此种调速属于有级调速，转速不能连续调节。 2）变转差率调速 即以改变转差率s来达到调速的目的。此种方法可通过以下几种途径实现： ①调压调速：即改变异步电动机端电压进行调速。 特点：调速过程中的转差功率损耗在转子里或外接电阻上，效率较低，仅用于特殊笼型和绕线转子等小容量电动机调速系统中。 10.1 交流变频调速的概念 ②转子串电阻调速：即在转子外电路上接入可变电阻，以改变电动机的转差率实现调速。 特点：既可实现有级调速，也可实现无级调速。结构简单，价格便宜，操作方便，但转差功率损耗在电阻上，效率随转差率增加而等比下降。 ③转子串附加电动势调速（串级调速）：即在异步电动机的转子回路中附加电动势，从而改变转差率进行调速的一种方式。 特点：运行效率高，广泛应用于风机、泵类等传动电动机上。 ④应用电磁转差离合器（滑差电动机）调速：即在笼型异步电动机和负载之间串接电磁转差离合器， 10.1 交流变频调速的概念 使得二者之间只有电磁联系而无机械联系，通过调节电磁转差离合器的励磁电流进行调速的一种方式。 特点：结构简单，价格便宜，但在调速过程中转差能量损耗在电磁耦合器上，效率低，仅适用于调速性能要求不高的小容量传动控制系统中。 3）变频调速 变频调速是利用电动机的同步转速随频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率进行调速的一种方法。 特点：调速范围宽、效率高、精度高，是交流电动机比较理想的一种调速方法。 10.1 交流变频调速的概念 10．1．2交流变频调速的基本控制方式 要实现交流变频调速，其基本的控制方式有三种，即恒磁通控制方式、恒电流控制方式和恒功率控制方式。 1．恒磁通控制方式及其特性 在进行电动机调速时，通常要考虑的一个重要因素是，希望保持电动机中每极磁通量为额定值，并保持不变。这样才能充分发挥电动机的能力，即充分利用铁芯材料，充分利用绕组达到额定电流，尽可能使电动机的输出达到额定转矩或最大转矩。如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁芯，这是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁芯饱和， 10.1 交流变频调速的概念 从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。对于直流电动机，因为励磁是独立的，所以只要对电枢反应的补偿合适，保持Фm的不变是很容易做到的。但在交流异步电动机中，磁通是定子和转子的磁动势合成产生的，怎样才能保持磁通恒定，是需要进行认真研究的。 1）维持气隙磁通Фm的恒定 异步电动机定子绕组的感应电动势为 如果略去定子阻抗电压降，则感应电动势近似等于定子的外加电压，即 10.1 交流变频调速的概念 式中：C1为常数，C1=4.44ω1k1 。 因此，若定子的供电电压U1保持不变，则气隙磁通Фm将会随频率变化而变化。 一般在电动机设计中，