第二章节交流传动工作基本原理

1、第二章节交流传动工作基本原理 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，从而达到调速的

2、目的。pfn116012)1 (nsn)1 (6012spfn 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：0.5148HZ/02105VmNkfEU11144. 41111)(ExrIU 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

3、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x1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。222222222)2(2LfRRfCpmTmEmEmwCfEfNkE1111144. 4

4、 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。222 LRfm22221141)(241)(2LCpmLfEpmTmEm2）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

5、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， =2f1） 为满足恒功率输出特

6、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ffURpmT2112)(2ffUKsKUffKUTf1212112211 1U1=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所示。)(24)(1421112121221122121211LCLCfpmUxxxfpmUTmxxmm2U12/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