机电技术应用——通用变频器的工作原理03.pptVIP

《变频调速控制系统的设计与维护》 　曾毅　教授 §1—2 通用变频器的基本工作原理 1、通用变频器的基本工作原理 .2、通用变频器的基本结构 §1—2 　通用变频器的基本工作原理 在各种异步电机调速控制系统中，目前效率最高、性能最好的系统是变压变频调速控制系统。异步电动机的变压变频调速控制系统一般简称为变频器。由于通用变频器使用方便、可靠性高，所以它成为现代自动控制系统的主要组成元件之一。 根据异步电动机的转速表达式 可知，改变频率就能改变电动机的转速，但是在实际实验中发现单纯改变电动机的频率会烧坏电动机，为什么呢？ 一、变频器的基本控制方式 由《电机学》可知，定子绕组的反电动势是定子绕组切割旋转磁场磁力线的结果，本质上是定子绕组的自感电动势。其三相异步电机定子每相电动势的有效值是： 式中：E1:气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值，单位为V； f1:定子频率，单位为Hz； N1:定子每相绕组串联匝数； kr1:与绕组结构有关的常数； ΦM:每极气隙磁通量，单位为Wb。 由式（2—2—l）可知，如果定子每相电动势的有效值E1不变，当我们改变定子频率时就会出现下面两种情况： 一、变频器的基本控制方式 如果 f1大于电机的额定频率 f1N， 那么气隙磁通量 ΦM 就会小于额定气隙磁通量ΦMN。其结果是：尽管电机的铁心没有得到充分利用是一种浪费，但是在机械条件允许的情况下长期使用不会损坏电机。 一、变频器的基本控制方式 如果 f1小于电机的额定频率 f1N，那么气隙磁通量 ΦM 就会大于额定气隙磁通量ΦM。其结果是：电机的铁心产生过饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。 一、变频器的基本控制方式 要实现变频调速，在不损坏电机的条件下，充分利用电机铁芯，发挥电机转矩的能力，最好在变频时保持每极磁通量ΦM为额定值不变。 对于直流电机，励磁系统是独立的，尽管存在电枢反应，但只要对电枢反应作适当的补偿，保持ΦM不变是很容易做到的。在交流异步电机中，磁通是定子和转子磁动势合成产生的，如何才能保持磁通基本不变呢？于是就有了下面的讲述内容。 1、基频以下调速 由式(2—2—1)可知，要保持ΦM不变，当频率f1从额定值f1N 向下调节时，必须同时降低E1，使E1/f1＝常数。即采用电动势与频率之比恒定的控制方式。 然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势的值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压U1≈E1，则得 1、基频以下调速 ２、基频以上调速 在基频以上调速时，频率可以从f1N往上增高，但电压U1却不能超过额定电压U1N，最多只能保持U1=U1N 。由式(2—2—1)可知，这将迫使磁通随频率升高而降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。 ２、基频以上调速 在基频f1N以上变频调速时，由于电压U1=U1N 不变，我们不难证明当频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，如图2—2—2所示。由于频率提高而电压不变，气隙磁动势必然减弱，导致转矩减小。由于转速升高了，可以认为输出功率基本不变。所以，基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。 通过分析可得如下结论：当f1≤ f1N时，变频装置必须在改变输出频率的同时改变输出电压的幅值，才能满足对异步电动机变频调速的基本要求。 这样的装置通称变压变频（VVVF）装置，其中VVVF是英文Variable Voltage Variable Frequency的缩写。这是通用变频器工作的最基本原理也是设计变频器时所满足的最基本要求。通用变频器是如何实现变压又变频的呢？ 2、SPWM控制技术原理 人们通用实践发现只要能保证加在电动机上的三相对称电流是近似正弦波，电动机的定子就能产生能够会旋转的“N－S”极磁场，电动机的转子就会跟着旋转起来。 2、SPWM控制技术原理 二、SPWM控制技术原理 等效的原则是每一区间的面积相等。如果把一个正弦半波分作n等分，然后把每—等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点相重合。这样，由n个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波的半周等效，称作 SPWM波形。 二、 SPWM控制技术原理 等效的原则是每一区间的面积相等。如果