第3讲 异步电动机变频调速的稳态特性.pptVIP

图3-10 不同电压-频率协调控制方式时的矩速特性 a——恒电压/频率比控制 b——恒磁通控制 c——恒转子全磁通控制 b—恒Eg/fs控制：是通常对恒压频比控制实行电压补偿的目标，可以在稳态时达到气隙磁通Φm恒定，从而改善了稳态调速性能。但它的矩速特性还是非线性的，产生动态转矩的能力仍受到限制。 Te Tem 0 n c—恒Er/fs控制：电动机的矩速特性是一组随频率fs的变化而平行移动的直线（和直流他励电动机一样的线性矩速特性），特性最硬，电磁转矩和转差率成正比。在稳态和动态都能保持Φrm恒定，这是高性能交流调速（矢量控制）追求的目标。 图3-10 不同电压-频率协调控制方式时的矩速特性 a——恒电压/频率比控制 b——恒磁通控制 c——恒转子全磁通控制 0 Te n 0 s 1 0 Te 恒 Er /fs 控制 恒 Eg /fs 控制 恒 Us /fs 控制 a b c 不同电压-频率协调控制方式时的机械特性 在上述恒磁通运行过程中，随着频率和电机转速的上升，定子电压也相应提高，电动机的输出功率增大。当频率上升到基准频率（通常为额定频率fsN）后，定子电压的提高受到变频器最大输出电压和电机额定电压的限制，不能进一步提高。因此当电机运行于高于基频的速度时，只能保持定子电压不变、或使之不再正比于fs上升。此后电动机将运行于磁场被削弱的工况下(弱磁控制)，最大转矩也随着频率的增加而减小。 四、弱磁控制（用于基频以上的变频调速） （一）弱磁控制时电机转矩 1、电机的电磁转矩： 当电机运行于高频弱磁区时，励磁电流较小，漏抗与定子电阻相比较大，因此在等效电路中可忽略Rs得： 当s很小时转矩近似与转差频率成正比，与定子频率的平方成反比。 当s很小（s＜0.05）时 2、最大电磁转矩： 最大电磁转矩与定子频率的平方成反比。 临界转差频率fm与fs无关，当电机参数一定时，fm不变。 在弱磁控制时，随着电机定子频率fs的提高电机的机械特性变软。☆ （二）弱磁控制控制方式１——恒功控制(运行) 1、恒功运行条件推导 其中： 电磁转矩： 当转差率s很小时： 式（3-34）代入式（3-10）得： 得恒功率运行条件： 2、恒功控制方式1： 注：此方案电机功率利用不充分，但逆变器功率利用充分。 fsl 3、恒功控制方式2： 注：此方案电机功率利用充分，但逆变器功率利用不充分。 fsl （三）弱磁控制控制方式２——自然特性控制 Us Te Tem Is fsl fs 电压—频率协调控制小结 定子电压Us与定子频率fs是变频器—异步电动机调速系统的两个独立的控制变量，在变频调速时需要对这两个控制变量进行协调控制。 在基频以下，有三种协调控制方式。不同的协调控制方式所得到的系统稳态性能是不同的，其中恒Er/fs控制的性能最好。 在基频以上，采用弱磁控制。 3-3 列车变频调速系统的调节特性（运行特性） 通常，电力牵引运行可分为如下3个运行调节区： ① 起动加速区（一般为恒转矩区）；② 恒功率运行区 ③ 高速区（一般为自然特性区） fb fmc fs 0 转矩Te 定子电压Us 定子电流Is 转差频率fsl Te ∝ 1 fs ∝ 1 fs2 Te 恒转矩 恒功 自然特性 变频调速系统的调节特性(运行特性) ① 基频以下恒转矩区，转差频率保持恒定，定子电压随定子频率的增加而增加，维持磁通恒定； ② 基频以上恒功区，定子电压保持额定，转差频率随定子频率线性增加； ③ 基频以上高速区，定子电压保持额定、转差频率保持最大值。 列车牵引运行典型的转矩—速度特性 1.0 2.0 3.0 1.0 2.0 0 恒转矩区 恒功率区 高速区 弱 磁 区 fs 3-4 谐波对异步电动机运行的影响 谐波磁势 (１)时间谐波磁势 (２)空间谐波磁势 一、异步电动机的谐波磁势 时间谐波磁势：在非正弦电源供电情况下电机绕组中的谐波电流所产生的磁动势。 空间谐波磁势：电机在有限的齿槽数下，即使绕组电流为正弦，其气隙磁动势在空间分布也不是正弦，而是有限数目的阶梯状，含有谐波。 ⑴ 基波电流产生的磁势 三相合成磁势： 基波电流产生的磁势是一个旋转频率为ω的旋转磁势。 ⑵ 5次谐波电流产生的磁势 三相合成磁势： 5次谐波电流产生的谐波磁势是一个旋转频率为-5ω的反向旋转磁势(负序谐波磁势) 。 ⑶ 7次谐波电流产生的磁势 三相合成磁势： 7次谐波电流产生的谐波磁势是一个旋转频率为7ω的正向旋转磁势(正序谐波磁势) 。 ☆可以证明： 6N+1次谐波电流产生的磁势是一个旋转频率为(6N+1)ω的正向旋转磁势(正序谐波磁势) ； 6N-1次谐波电流产生的磁势是一个旋转频率为(6N-1)ω的反向旋转磁势(负序谐波磁势)