1、第二章交流传动的工作原理 第一节变频调速的工作原理 变频调速控制方式的发展 大体分为三个阶段 1 普通功能型U f控制方式 转速开环控制 不具有转矩控制功能 2 高功能型的转差频率控制方式 转速需要闭环检测 有转矩控制功能 能使电动机在恒磁通或恒功率下运行 能充分发挥电动机的运行功率 其输出静态特性较U f控制有较大的改进 3 高性能型矢量控制或直接力矩控制方式 可以实现直流电动机的控制特性 具有较高的动态性能 一 U1 f1 常数时的控制方式 在正弦稳态下 异步电动机的同步转速 三相绕组合成基波磁场的旋转速度 而转子的速度 或写成若均匀地改变定子电源供电频率 就可以平滑地改变电动机同步速度
2、从而达到调速的目的 在改变f1时 若U不变 随着电源频率由额定频率向下调时 气隙磁通 m就会增大 磁通饱和 引起定子励磁电流急剧增加 定子铁心损耗I2mRm急剧增加 从而 1 功率因数下降2 损耗增加 电动机过热在实际应用中 采用U1 f1 常数作约束条件 进行变频调速如蓝箭列车频率 电压调节范围为 0 5 148HZ 0 2105V 根据转矩公式 可以计算出U1 f1 常数控制方式下的机械特性1 在较高的频率范围内 电动机发出较大的转矩2 当频率f1较低时转矩和最大转矩急剧下降 原因 1 在高频范围内 U1较高 而定子阻抗压降相对较小可以忽略 气隙磁通近似不变2 而低频范围时 虽然定子漏抗x
3、1正比于f1而降低 但R1为不变值 电阻压降在低频时构成不可忽略的一部分 令气隙磁通减小 因而转矩下降弥补办法 在低频时提升电压比例 二 恒磁通控制 E1 f1 常数控制 对于调速范围大且要求恒定转矩运行的负载 需要对电动机按E1 f1 C进行调节根据异步电动机的等效电路 电机的电磁转矩可表示为 上式表明 若维持E1 f1 C 即磁通 m为常数时 电机转矩T完全由转子的转差频率f2决定 而与定子频率无关 若调节时保持f2 f2N 额定转差频率 则电机负载转矩能保持在额定值 无论定子频率设定在什么值上 电动机都可以运行在额定转矩附近 另外 维持E1 f1 C时 转子电流I2 亦只由f2决定 因而
4、电机的功率因数和效率在调速中变化不大 基本保持在额定运行时的水平 可以得到 转子的临界转差频率和最大转矩 可看出1 Tm正比于气隙磁通 m的平方 反比于转子漏电感L2 由于L2 可视为常数 故按E1 f1 C调节时 电动机在不同频率f1下 可保持最大转矩的数值不变 2 与Tm对应的转差频率fm只受转子电阻影响 由于鼠笼式电机R2 为常数 因而fm也为定值 3 不同定子频率下机械特性是平行的 但是 由于E1是电动机内部电势 难于直接检测 通常是通过调整U f函数曲线的模式来近似保持E1 f1 常数的关系 三 恒功率控制 在恒磁通控制中 随着电机转速 f1 上升 电压U1提高 电机输出功率增大 但
5、电机电压的进一步提高受到电动机功率和逆变器最大电压的限制 因此电压提高到一定的数值 基值或额定值 以后 将维持不变 或不再正比于f1上升 此后随着电机转速的增加 电动机将以恒功率输出为条件进行电压和频率控制 恒功率运行时的转矩或写成上式左边实际上以一定的比例代表着电动机功率数值 P T 2 f1 为满足恒功率输出特性 电压和频率的调节可以有两种不同的方式 1 U1 常数 s 常数的恒功调节方式 2 U12 f1 常数 f2 常数的恒功调节方式 1 U1 常数 s 常数的恒功调节方式电机最大转矩可以表示为在此种调节方式下 因为U1为常数 最大转矩反比于f12 不同频率f1时最大转矩及其包络线如图
6、所示 由于恒功运行时实际要求的转矩T只是反比于f1变化 为了保证电动机在全部恒功调速范围内能够稳定运行 必须要求在最高转速 对应最大频率f1max 时 电动机有最小允许的过载力矩 这样 在较低转速时 转矩的裕度较大 而电动机的设计尺寸实际上是由低速状态所决定的 因而有较大的尺寸 但此时逆变器在恒电压和电流下运行 其设备容量得充分利用 有较大小的尺寸 最大电动机和最小逆变器方案 2 U12 f1 常数 f2 常数的恒功调节方式令U12 f1 常数 则最大转矩Tm与f1成反比 不同频率f1下最大转矩的包络线呈双曲线形状 在这种情况下 电动机在较低速度与较高速度有近似相等的转矩裕度 此时电动机有较小的设计尺寸 但逆变器需满足最高电压和最大电流的要求 故逆变器有较大的设计尺寸 最小电动机和最大逆变器方案
