异步电机变频调速理论.pptx

异步电机采用变频调速技术后，调速范围广，调速时因滑差功率不变而无附加能量损失，是一种性能优良的高效调速方式，是交流电机调速传动发展的主要方向。
变频调速内容十分广泛，主要包括变频调速理论、静止变频器、变频调速系统和高性能控制方式—矢量变换控制四个方面。一、变频调速的基本控制方式根据异步电机定子每相电势有效值公式：1、基频以下调速当运行频率较高、电势较大时，可忽略定子绕组漏阻抗压降，得U1≈E1，故只要维持U1/f1=常值（恒电压频率比）即可维持气隙磁通Φm恒定。2、基频以上调速
当运行频率超过基频fN时，由于变频装置半导体元件及电机绝缘的耐压限制，电机电压不能超过额定，只能维持U1＝U1N不变。
这样，随着运行频率的升高，U1/f1比值下降，气隙磁通Φm随之减小，进入弱磁状态。此时电机转矩大体上反比于频率变化，作近似恒功率运行。
决定异步电机变频运行工作特性的是变频电源中的基波，工作特性分析中的电压、电流、磁通均应理解为变频器输出基波成分。由于变频器类型的不同，提供给异步电机端部的激励可能是电压，也可能是电流。不同特性电源供电时电机运行特性有很大差异二、电压源供电时异步电机的工作特性根据此等值电路，可以导出电压源供电下恒压频比(U1/ω1=C)控制时的电磁转矩表达式:当s≈1时，可忽略电磁转矩表达式分母中的，则:1、恒电压／频率比(U1/f1=C)控制②不同频率下机械特性为一组硬度相同的平行直线。③最大转矩随频率降低而减小。对于恒压频比控制，则有:2、恒气隙电势/频率比（E1/f1=C）控制此种控制方式下的异步电机机械特性如图所示，它具有以下特点：②低频下起动时起动转矩比额定频率下的起动转矩大，而起动电流并不大③在恒定E1/f1值控制时，任何运行频率下的
最大转矩恒定不变，稳态工作特性明显优于恒压频比控制，这正是全频范围采用了定子电阻压降补偿的结果。要实现恒最大转矩运行，必须确保电机内部气
隙磁通Φm在变频运行中大小恒定。由于电势E1是电机内部量无法直接控制，而能控制的外部量是电机端电压U1，两者之间相差一个定子漏阻抗压降（主要是定子电阻压降）。为此，必须随着频率的降低，寻找出适当提高定子电压来加以补偿的规律。其图形如右:在低频定子电阻压降补偿中，有两点值得注意：
①由于定子电阻上的压降随负载大小而变化，若单纯从保持最大转矩恒定的角度出发来考虑定子压降的补偿时，则在正常负载下电机可能会处于过补偿状态，即随着频率的降低，气隙磁通将增大，空载电流会显著增加，甚至出现电机负载愈轻电流愈大的反常现象。
为克服这种不希望的情况出现，一般应采取电流反馈控制使轻载时电压降低。
②在大多数的实际场合下，特别是拖动风机、水泵类负载时并不要求低速下也有满载转矩。相反地为减少轻载时的电机损耗，提高运行效率，此时反而采用减小电压／频率比的运行方式。3、恒转子电势／频率比(Er/f1=C)控制①机械特性T=f(s)为一准确的直线由于气隙磁通Φm对应气隙电势E1，转子全磁通Φr则对应转子电势Er，所以若能控制转子全磁通幅值Φrm=常数，就能获得Er/f1=C的控制效果。这就是矢量变换控制中采用转子全磁通Φr定向的道理。4、恒功率运行恒功率变频调速时异步电机机械特性为了确保异步电机在恒功率变频运行时具有不变的过载能力λ＝Tm/T，不同性质负载下电压与频率有不同的协调控制关系。于是因此，异步电机端电压随频率的变化规律为：三、电流源供电时异步电机的工作特性根据戴维宁定律，从转子电阻两端看入的开路电势为:恒流源供电时异步电机的电磁转矩为:恒流源供电异步电机机械特性(图上还同时画出同一电机在电压源供电时的机械特性):恒流源供电与恒压供电对比：
两者形状相似，都有一个最大转矩，但产生最大转矩的临界转差率不同。恒流源供电时临界转差很小，因此机械特性呈陡削的尖峰状，能稳定运行的范围很窄，同时起动电流为恒流所限制，使得起动转矩很小。理想恒流源供电下异步电机变频调速运行时的机械特性：实际的电流源型变频装置是由交流电源经过可控整流、再经过平波电抗器滤波后供电，电
源的恒流特性是通过大电感的储能维持及可控整流器输出电压的调节来实现的，故称为电压
激励（控制）电流源。
异步电机在这种性质电流源供电下通过电压、电流闭环控制改善了理想恒流源供电时的机械特性加入电流、电压反馈后，调速系统的机械特性就变得和电压源供电时完全相同，特性得到改造而实用。四、变频器非正弦供电对异步电机运行性能的影响电源非正弦对电机运行性能的影响:
1、磁路工作点
试验表明，在保持基波电压相同的条件下，6阶梯波电压源供电时电机气隙等效磁密一般比正弦供电时增加10%。如果电压波形中有更多的谐波，等效磁密还要增大。
所以在设计非正弦电压源供电的调速电机时，其磁路计算和空载试验都必须在适当提高电压下进行。2、定子漏抗