交流调速原理及应用VIP免费

1交流调速原理及应用第一单元交流调速的原理——异步电机变压变频调速系统（VVVF系统）异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论是高速还是低速时效率都较高，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美,因此现在应用面很广。第一节变压变频调速的基本控制方式定子每相电动势mNs1gS44.4ΦkNfE只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通m的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。1、基频以下调速要保持m不变，当频率f1从额定值f1N向下调节时，必须同时降低Eg，使常值1fEg即采用恒值电动势频率比的控制方式。然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压Us≈Eg，则得常值1fUs这是恒压频比的控制方式。OUsf1图1恒压频比控制——U/f曲线UsNf1Na—无补偿b—带定子压降补偿2但是，在低频时Us和Eg都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压Us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1中的b线，无补偿的控制特性则为a线。2、基频以上调速在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，但定子电压Us却不可能超过额定电压UsN，最多只能保持Us=UsN，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。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2所示。如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。第二节异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性1、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Us和电源角频率w1恒定时，异步电机在恒压恒频正弦波供电时的机械特性方程式Te=f(s)如下：2'lrls2122'rs'r121spe)()(3LLsRsRRsUnT当s很小时，转矩近似与s成正比，机械特性Te=f(s)是一段直线。当s接近于1时，转矩近似与s成反比，机械特性Te=f(s)是一段双曲线。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3所示。f1N图2异步电机变压变频调速的控制特性恒转矩调速UsUsNΦmNΦm恒功率调速ΦmUsf1O32、基频以下电压-频率协调控制时的机械特性对于同一组转矩Te和转速n（或转差率s）的要求，电压Us和频率w1可以有多种配合。在Us和w1的不同配合下机械特性也是不一样的，因此可以有不同方式的电压－频率协调控制。各种控制方式的机械特性如图4所示。第三节变压变频调速系统中的脉宽调制(PWM)技术1、正弦波脉宽调制(SPWM)技术以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrierwave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulationwave），当调制smnn0sTe100TeTemaxTemax图3恒压恒频时异步电机的机械特性0s10Te图4不同电压－频率协调控制方式时的机械特性恒Er/1控制恒Eg/1控制恒Us/1控制abc4波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidalpulsewidthmodulation，简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。如图5所示。2、电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术（磁链跟踪控制技术）经典的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。如果对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应该更好。这种控制方法称作磁链跟踪控制。磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的，所以又称电压空...