项目1任务二：变频调速原理与控制方法

1、任务二任务二 变频调速原理与控制方法变频调速原理与控制方法 知识与能力目标知识与能力目标了解变频器的基本控制方式了解变频器的基本控制方式 1掌握变频器带负载时控制方式的选择掌握变频器带负载时控制方式的选择 2变频器调速时的主要技术指标变频器调速时的主要技术指标 345三相异步电动机定子每相电动势的有效值为 ：变频器的基本控制方式变频器的基本控制方式 如果电动势的有效值不变，改变定如果电动势的有效值不变，改变定子子频率时就会出现下面两种情况频率时就会出现下面两种情况 f1大于电机的额定频率大于电机的额定频率f1n: 气隙磁通量气隙磁通量M就会小于就会小于额定气隙磁通量额定气隙磁通量MVf1小于电

2、机的额定频率小于电机的额定频率f1n: 气隙磁通量气隙磁通量M就会大于就会大于额定气隙磁通量额定气隙磁通量MV结果：电机的铁心没结果：电机的铁心没有得到充分利用，但有得到充分利用，但是在机械条件允许的是在机械条件允许的情况下，长期使用不情况下，长期使用不会损坏电机。会损坏电机。结果：电机的铁心产结果：电机的铁心产生过饱和，从而导致生过饱和，从而导致过大的励磁电流，严过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而重时会因绕组过热而损坏电机。损坏电机。 1、恒比例控制方式、恒比例控制方式 保持保持M不变，当频率不变，当频率f1从额定值从额定值f1n向下调节时，必须同时降低向下调节时，必须同时降低E1，使使E

3、1/ f1=常数常数，即采用电动势与频率之比恒定的控制方式。，即采用电动势与频率之比恒定的控制方式。 绕组中的感应电动势是难以直接控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，而忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压认为定子相电压V1E1 常数常数那么，可认为那么，可认为这就是恒压频这就是恒压频比的控制方式比的控制方式 1、恒比例控制方式、恒比例控制方式 在恒压频比下改变频在恒压频比下改变频率时，机械特性基本上是平率时，机械特性基本上是平行下移的，行下移的，如右图所示。如如右图所示。如果电动机在不同转速下都具果电动

4、机在不同转速下都具有额定电流，则电机都能在有额定电流，则电机都能在温升允许的条件下长期运行，温升允许的条件下长期运行，这时转矩基本上随磁通变化，这时转矩基本上随磁通变化，由于在基频以下调速时磁通由于在基频以下调速时磁通恒定，所以转矩也恒定。恒定，所以转矩也恒定。根根据电机与拖动原理，这种调据电机与拖动原理，这种调速属于速属于“恒转矩调速恒转矩调速”的性的性质。质。低频时，低频时，V1和和E1都较小，都较小，定子阻抗压降所占的分量就定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不能再忽略。这比较显著，不能再忽略。这时，可以人为地把电压抬高时，可以人为地把电压抬高一些，以便近似补偿定子压一些，以便近似补偿定子

5、压降。降。 恒压频比调速时的机械特性恒压频比调速时的机械特性 2、恒磁通控制方式恒磁通控制方式 要在整个调速范围内实现恒磁通控制要在整个调速范围内实现恒磁通控制 ，必须保持，必须保持E1/ f1=常数常数。 当频率较高时，采用恒比例控制方式。当频率较高时，采用恒比例控制方式。当频率较低时，电动机在低频运行时的带负载能力将有所减小，当频率较低时，电动机在低频运行时的带负载能力将有所减小，为了增强电动机的带负载能力，在低频运行时可以适当加为了增强电动机的带负载能力，在低频运行时可以适当加大大V/f比，来提升电动机的输出转矩。比，来提升电动机的输出转矩。 这种方法，通常叫做这种方法，通常叫做转矩提升

6、转矩提升。引入低频补偿，也就是通过控。引入低频补偿，也就是通过控制环节，适当提高变频电源输出电压，以补偿低频时定子电阻制环节，适当提高变频电源输出电压，以补偿低频时定子电阻上的压降，维持磁通不变，实现恒转矩控制。上的压降，维持磁通不变，实现恒转矩控制。 2、恒磁通控制方式恒磁通控制方式 曲线曲线为无补偿时的为无补偿时的V1与与f1的关系曲线，曲线的关系曲线，曲线、为有补偿时为有补偿时的的V1与与f1的关系曲线。的关系曲线。 3、恒功率控制方式恒功率控制方式 当调速转速超过额定转速时，要求当调速转速超过额定转速时，要求f1f1N。若仍按恒磁通控制方若仍按恒磁通控制方式控制，则会使式控制，则会使V

7、1超过超过V1N(额定电压额定电压) )，这是不允许出现的。这是不允许出现的。 当当f1f1N时，时，采用恒功率控制方式。采用恒功率控制方式。当当f1f1N时，时，应保持应保持V1=V1N，不进行电压的协调控制。随着频率不进行电压的协调控制。随着频率的升高，气隙磁通会小于额定磁通，导致转矩减小，但频率升的升高，气隙磁通会小于额定磁通，导致转矩减小，但频率升高，速度会增加。由高，速度会增加。由P=Tn/975可知，当可知，当T减小的倍数和减小的倍数和n增加的增加的倍数相等时，倍数相等时，P维持不变，维持不变，故称这种方式为恒功率控制方式。故称这种方式为恒功率控制方式。不不过，过， T和和n不是严

8、格地等比例增减，不是严格地等比例增减，这只能说是一种近似的恒功这只能说是一种近似的恒功率控制方式。率控制方式。 3、恒功率控制方式恒功率控制方式 如果要准确地维持恒功率调速，必须按下式的原则，进如果要准确地维持恒功率调速，必须按下式的原则，进行电压、频率的协调控制：行电压、频率的协调控制：常数常数与恒比例控制方式比较，在与恒比例控制方式比较，在采用恒功率控制时，采用恒功率控制时，随着随着f1的的升高，要求升高，要求V1升高的相对小升高的相对小一些。一些。恒功率控制方式的特恒功率控制方式的特点是输出功率不变，点是输出功率不变，它适用它适用于负载随转速的升高而变轻于负载随转速的升高而变轻的场合。的

9、场合。4、恒电流控制方式恒电流控制方式 在变频调速时，保持三相异步电动机定子在变频调速时，保持三相异步电动机定子电流电流I1为恒值，这种控制为恒值，这种控制方式叫方式叫恒流控制。恒流控制。 I1的恒定可通过的恒定可通过电流调节器的闭环控制电流调节器的闭环控制来实现。这种系统不仅来实现。这种系统不仅安全可靠，而且具有良好的工作特性。安全可靠，而且具有良好的工作特性。 恒流控制和恒磁通控制的机械特性形状基本相同，均具有恒恒流控制和恒磁通控制的机械特性形状基本相同，均具有恒转矩调速性质。转矩调速性质。 变频时，对最大转矩大小影响不大。但由于恒流控制限制了变频时，对最大转矩大小影响不大。但由于恒流控制

10、限制了I1 ，所以恒流控制时的最大转矩所以恒流控制时的最大转矩Tm要比恒磁通控制时小得多，要比恒磁通控制时小得多，且且过载能力小过载能力小，因此，这种方式，因此，这种方式只适用于负载变化不大的场合。只适用于负载变化不大的场合。 5、控制方式的选择控制方式的选择 为了使异步电动机变频调速时取得最好的技术和经济效果，不同为了使异步电动机变频调速时取得最好的技术和经济效果，不同类型的负载应根据具体要求选择不同的控制方式。类型的负载应根据具体要求选择不同的控制方式。控制方式应满足的控制方式应满足的条件是：条件是：电动机的过载能力不低于额定值，以防堵转。电动机的过载能力不低于额定值，以防堵转。 每极磁通

11、不应超过额定值，以免磁路饱和。每极磁通不应超过额定值，以免磁路饱和。 电流不应超过额定值，以免引起电动机过热。电流不应超过额定值，以免引起电动机过热。电动机的损耗最小。电动机的损耗最小。 充分利用电动机的容量，尽可能使磁路保持额定值，以充分充分利用电动机的容量，尽可能使磁路保持额定值，以充分利用铁心；尽可能使电流保持额定值，以充分利用绕组导线；利用铁心；尽可能使电流保持额定值，以充分利用绕组导线；尽可能使功率因数保持额定值，以免降低电动机出力。尽可能使功率因数保持额定值，以免降低电动机出力。技术条件技术条件经济条件经济条件 重负载重负载：恒磁通控制时，磁通不变，由于负载转矩和转速的平方成恒磁通

12、控制时，磁通不变，由于负载转矩和转速的平方成正比，因此电动机电流也和转速的平方成正比。随着转速的下降，电正比，因此电动机电流也和转速的平方成正比。随着转速的下降，电流急剧减小，使电动机的铜耗大大减小，流急剧减小，使电动机的铜耗大大减小，故二次方律型负载在负载重故二次方律型负载在负载重、电流大、铜耗大的场合采用恒磁通控制方式较合适。、电流大、铜耗大的场合采用恒磁通控制方式较合适。 特点特点转矩和转速的平方成正比，如风机、水泵类负载。转矩和转速的平方成正比，如风机、水泵类负载。 轻负载轻负载：不宜采用这种控制方式。不宜采用这种控制方式。这是因为恒磁通控制时，磁通不这是因为恒磁通控制时，磁通不变，铁

13、耗较大，对降低轻载时的损耗不利。变，铁耗较大，对降低轻载时的损耗不利。 负载较轻时，可采用恒电流控制方式。负载较轻时，可采用恒电流控制方式。 在决定这类负载的电动机容量时，在决定这类负载的电动机容量时，电动机电动机转矩转矩应由最低速时的负载转矩应由最低速时的负载转矩决定，决定，转速则由最高速时的负载转速决定。转速则由最高速时的负载转速决定。对于对于恒功率型负载恒功率型负载，可采用，可采用恒磁通控制方式和恒功率控制方式恒磁通控制方式和恒功率控制方式。 特点特点转矩和转速的成反比。转矩和转速的成反比。 轻负载轻负载：恒功率控制方式恒功率控制方式的特点是的特点是输出功率不变。输出功率不变。比较适合于

14、负载比较适合于负载较轻的场合。较轻的场合。 重负载：重负载：恒磁通控制方式恒磁通控制方式可使电动机铁心获得充分利用，可使电动机铁心获得充分利用，适合于重适合于重载时的恒功率负载。载时的恒功率负载。 应用场合应用场合 特点特点在额定频率以上，负载皆为在额定频率以上，负载皆为恒功率负载，恒功率负载，一般采用恒压控制方一般采用恒压控制方式，即近似恒功率控制方式。式，即近似恒功率控制方式。 恒压控制方式在保持电压不变的条件下，恒压控制方式在保持电压不变的条件下，输出转矩近似和转输出转矩近似和转速成反比速成反比，电动机功率因数也随转速的升高而减小电动机功率因数也随转速的升高而减小，所以，所以它并不它并不

15、能使电动机得到充分利用。能使电动机得到充分利用。其次，这种调速方式的过载倍数和转其次，这种调速方式的过载倍数和转速成反比，速成反比，高速时有堵转的危险高速时有堵转的危险，故，故只有在负载较轻、调速范围只有在负载较轻、调速范围较小的场合才能应用。较小的场合才能应用。 通常将通常将nmax视为电动机的额定转速视为电动机的额定转速nN。一般希望调速系统一般希望调速系统D大一些好大一些好。定义定义在额定负载转矩在额定负载转矩TN下，电动机的最高转速下，电动机的最高转速n nmaxmax与最低转速与最低转速n nminmin之之比称为调速范围比称为调速范围D D。调速范围调速范围D 静差率主要表示负载变

16、化时调速系统转速变化的程度。在同一负载下，高速静差率主要表示负载变化时调速系统转速变化的程度。在同一负载下，高速运行和低速运行时，转速降运行和低速运行时，转速降n n是相同的（见下图所示），但在高速和低速是相同的（见下图所示），但在高速和低速运行时，对应的理想空载转速运行时，对应的理想空载转速n n0101和和n n0202却不同，却不同，n n0101n n0202，显然高速时，显然高速时S S较小，较小，低速时低速时S S较大。如低速时较大。如低速时S S能满足调速要求，则高速时更能满足要求，所以可能满足调速要求，则高速时更能满足要求，所以可以用调速范围以用调速范围D D内最低速时的静差率

17、代表调速系统能达到的静差率。内最低速时的静差率代表调速系统能达到的静差率。定义定义静差率静差率S是指电动机由理想空载增加到额定负载时，对应的转速是指电动机由理想空载增加到额定负载时，对应的转速降与其理想空载转速之比，采用百分数表示降与其理想空载转速之比，采用百分数表示. . 静差率静差率S 000100%100%NNnnnsnn 不同转速对不同转速对S的影响的影响静差率静差率S 在同一负载下，高速在同一负载下，高速运行和低速运行时，运行和低速运行时，转速降转速降nN是相同的，是相同的，但在高速和低速运行但在高速和低速运行时，对应的理想空载时，对应的理想空载转速转速n01和和n02却不同却不同，

18、 n01 n02 ，显然高速显然高速时时S较小，低速时较小，低速时S较较大。大。 nN一定时，一定时，S越小，则调速范围越小，则调速范围D也越小也越小；若要满足；若要满足D和和S的要求，则要设法减小的要求，则要设法减小nN 。 D、S和和nN三者之间的关系三者之间的关系 该指标用两个相邻转速之比该指标用两个相邻转速之比表示：表示：调速的平滑性调速的平滑性 即从即从某一转速某一转速ni与能调节到与能调节到的的最邻近的转速最邻近的转速ni-1之比之比。显。显然，然， 值愈小值愈小，说明调速愈，说明调速愈平滑，平滑，无极调速时无极调速时 11。 调速系统的故障率。调速系统的故障率。包括电动机本身的故障率。因故障包括电动机本身的故障率。因故障停工一次所停工一次所造成的经济损失往往超过调速装置本身的价格的许多倍。造成的经济损失往往超过调速装置本身的价格的许多倍。 设备投资。设备投资。这是用户在选择调速方案时常常首选考虑的问题，但这是用户在选择调速方案时常常首选考虑的问题，但是，过分地强调这一方面也是不可取的。是，过分地强调这一方面也是不可取的。 调速后的运行效率。调速后的运行效率。有的调速方法