变压变频调速的基本控制方式.doc

教学内容6.1变压变频调速的基本控制方式
6.2异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性教学目的掌握异步电动机变压变频调速的基本方法，变频调速的稳态机械特性。教学重点基频以下：恒压频比，恒控制，恒控制，恒磁，恒转矩调速；基频以上：电压恒定，弱磁恒功率调速。
变频调速的稳态机械特性。建议学时3学时教学教具与方法PPT演示软件教
案6.1变压变频调速的基本控制方式
三相异步电动机定子每相电动势的有效值是：，只要控制好和，便可达到控制磁通的目的。
6.1.1基频以下调速
保持不变，当频率从额定值向下调节时，使常值，采用电动势频率比为恒值的控制方式。当电动势值较高时，忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压，则得，这是恒压频比的控制方式。
低频时，和都较小，定子漏磁阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，可以人为地把电压抬高一些，以便近似地补偿定子压降。带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于图6-1中的b线，无补偿的控制特性则为a线。

图6-1恒压频比控制特性
基频以上调速
在基频以上调速时，频率从向上升高，保持，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电动机弱磁升速的情况。把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如图6-2所示。

图6-2异步电机变压变频调速的控制特性
在基频以下，磁通恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时磁通降低，基本上属于“恒功率调速”。
6.2异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性
恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性
当定子电压和电源角频率恒定时，可以改写成如下形式：

当s很小时，忽略分母中含s各项，则，转矩近似与s成正比，机械特性是一段直线，见图6-3。当s接近于1时，可忽略分母中的，则
，s接近于1时转矩近似与s成反比，这时，是对称于原点的一段双曲线。当s为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段，如图6-3所示。

图6-3恒压恒频时异步电机的机械特性

6.2.2基频以下电压-频率协调控制时的机械特性
1．恒压频比控制（）
同步转速随频率变化，带负载时的转速降落，在机械特性近似直线段上，可以导出，由此可见，当为恒值时，对于同一转矩，是基本不变的，也是基本不变的。在恒压频比的条件下改变频率时，机械特性基本上是平行下移，如图6-4所示。
频率越低时最大转矩值越小，最大转矩是随着的降低而减小的。频率很低时，太小将限制电动机的带载能力，采用定子压降补偿，适当地提高电压，可以增强带载能力，见图6-4。

图6-4恒压频比控制时变频调速的机械特性
2．恒控制
—气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势；—定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势；—转子全磁通在转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）。
在电压-频率协调控制中，恰当地提高电压，克服定子阻抗压降以后，能维持为恒值（基频以下），则无论频率高低，每极磁通均为常值，由等效电路得转子电流和电磁转矩
,
这就是恒时的机械特性方程式。
当s很小时，忽略分母中含s项，则，机械特性的这一段近似为一条直线。当s接近于1时，可忽略分母中的项，则，这是一段双曲线。
将对s求导，并令，可得恒控制特性在最大转矩时的转差率和最大转矩，当为恒值时，恒定不变。可见恒控制的稳态性能是优于恒控制的，它正是恒控制中补偿定子压降所追求的目标。
3．恒控制
如果把电压-频率协调控制中的电压再进一步提高，把转子漏抗的压降也抵消掉，得到恒控制，，电磁转矩，机械特性完全是一条直线，也把它画在图6-6上。显然，恒控制的稳态性能最好，可以获得和直流电动机一样的线性机械特性。
气隙磁通的感应电动势对应于气隙磁通幅值，转子全磁通的感应电动势对应于转子全磁通幅值：，只要能够按照转子全磁通幅值进行控制，就可以获得恒。

图6-6不同电压－频率协调控制方式时的机械特性
4．小结
恒压频比（=恒值）控制最容易实现，变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。
恒控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。
恒控制可以得到和直流他励电动机一样的线性机械特性，按照转子全磁通恒定进行控制即得=恒值，在动态中也尽可能保持恒定是矢量控制系统所追求的目标，当然实现起来是比较复杂的。
6.2.3基频以上恒压变频时的机械特性
在基频以上变频调速时，由于电压不变，机械特性方程式

最大转矩，当角频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变，如图6-7所示。
由于频率提高而电压不变，气隙磁通势必减弱，导致转矩的减小，但转速却升高了，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