变频调速原理ppt课件.ppt

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1、有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 异步电动机和变频调速原理异步电动机和变频调速原理 目前市场上，目前市场上， 实现交、直流电动机调速的驱动器产品实现交、直流电动机调速的驱动器产品有多种，有多种， 就调速性能来说，无论对直流电动机还是对交就调速性能来说，无论对直流电动机还是对交流电动机都可以实现十分优良的无级调速；但从电动机本流电动机都可以实现十分优良的无级调速；但从电动机本身的现场使用来说，交流电动机远优于直流电动机，身的现场使用来说，交流电动机远优于直流电动机， 主主要原因在于直流电

2、动机内部有碳刷和换向片，需要经常检要原因在于直流电动机内部有碳刷和换向片，需要经常检修，不能适用于恶劣的环境，耐压和容量也受限制。因此，修，不能适用于恶劣的环境，耐压和容量也受限制。因此，近年来交流电动机调速技术在使用上取得了绝对优势，在近年来交流电动机调速技术在使用上取得了绝对优势，在交流电动机的各种调速技术中，异步电动机的变频调速技交流电动机的各种调速技术中，异步电动机的变频调速技术最具代表性。术最具代表性。 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 我们知道，电网提供的交流电是恒压恒频的

3、，变频我们知道，电网提供的交流电是恒压恒频的，变频器产品的作用是改变电源的频率和电压，对交流异步电器产品的作用是改变电源的频率和电压，对交流异步电动机实现无级变速。变频调速技术是功率电子技术、微动机实现无级变速。变频调速技术是功率电子技术、微电子技术与微机控制技术高度发展的产物，电子技术与微机控制技术高度发展的产物， 在变频器在变频器交流电动机调速系统中，变频器具有升速快，无级变速交流电动机调速系统中，变频器具有升速快，无级变速范围宽，动特性好等优点，而交流电动机又具有环境适范围宽，动特性好等优点，而交流电动机又具有环境适应性强，应性强， 维修简单，价格低等优势，维修简单，价格低等优势， 这使

4、得变频调速这使得变频调速技术在机械、技术在机械、 钢铁、有色金属、矿山、钢铁、有色金属、矿山、 石油化工、纺石油化工、纺织、电力、建材、轻工、医药、造纸、织、电力、建材、轻工、医药、造纸、 卷烟、卷烟、 自来水自来水等行业中均获得广泛应用。等行业中均获得广泛应用。 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 交流异步电动机的变频调速的原理，可从异步电动交流异步电动机的变频调速的原理，可从异步电动机的转速方程得出。转速方程如下所示：机的转速方程得出。转速方程如下所示：pfn1160 式中：式中：n

5、n电动机的实际转速电动机的实际转速 f1 f1电动机定子绕组的供电频率电动机定子绕组的供电频率 p p旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数 S S转差率，表示定子旋转磁场的同步转速转差率，表示定子旋转磁场的同步转速n1 n1 与与n n的关系：的关系：n=n1(1-S)n=n1(1-S)有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 因此，只要平滑地调节异步电动机的定子供电频率因此，只要平滑地调节异步电动机的定子供电频率f f1 1，就可以平滑调节异步电动机的同步转速，就可以平滑调节异步电动机的同步转速

6、n n1 1。由于转子。由于转子是跟随旋转磁场同步旋转的，转子转速为是跟随旋转磁场同步旋转的，转子转速为n n= =n n1(1-1(1-s s) )，所，所以变频能通过同步转速的改变实现异步电动机的无级调速。以变频能通过同步转速的改变实现异步电动机的无级调速。 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 表面看来，表面看来， 只要改变定子电压的频率只要改变定子电压的频率f f1 1就可以调节转速的就可以调节转速的大小，大小， 但是事实上，但是事实上， 只改变只改变f f1 1并不能正常调速。并

7、不能正常调速。 参考异参考异步电动机的电压方程步电动机的电压方程 U U1 1E E1 1=4.44=4.44f f1 1K K1 1N N1 1 式中：式中： U1U1定子相电压定子相电压 E1 E1定子相电动势定子相电动势 N1 N1定子相绕组总匝数定子相绕组总匝数 K1 K1基波绕组系数基波绕组系数 每极气隙磁通每极气隙磁通 假设现在只改变假设现在只改变f f1 1进行调速，进行调速， 设供电频率设供电频率f f1 1上下调节，上下调节， 而供电电压而供电电压U U1 1不变，不变， 因因K K1 1N N1 1为常数，为常数， 则异步电动机的主磁则异步电动机的主磁通通必将改变：必将改变

8、： 如如f f1 1向上调，向上调， 则则会下降，会下降， 这使得拖动这使得拖动转矩转矩T T下降，下降， 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 因为因为T T=C=CT TII2 2 cos cos2 2 ，电动机的拖动能力会降低，电动机的拖动能力会降低， 对恒转矩负载会因拖不动而堵转；对恒转矩负载会因拖不动而堵转； 如如f f1 1向下调，向下调， 则则会增强，会增强， 这会带来更大的危险，这会带来更大的危险， 因为电机铁磁材因为电机铁磁材料的磁化曲线不是直线而具有饱和特性，料的磁化曲

9、线不是直线而具有饱和特性， 设计电机时设计电机时为了建立更强的磁场，为了建立更强的磁场， 其工频下的工作点已经接近磁其工频下的工作点已经接近磁饱和，饱和， 如再增强磁场势必引起励磁电流（体现在定子如再增强磁场势必引起励磁电流（体现在定子电流上）急剧升高，电流上）急剧升高， 最终烧坏电机。最终烧坏电机。 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 由上可知，只改变频率由上可知，只改变频率f f1 1实际上并不能正常调速。实际上并不能正常调速。 在许多场合，要求在调节定子供电频率在许多场合，要求在调

10、节定子供电频率f f1 1的同时，调的同时，调节定子供电电压节定子供电电压U U1 1的大小，通过的大小，通过U U1 1和和f f1 1的不同配合实现的不同配合实现安全的调频调速。安全的调频调速。 1 1 保持保持U U1 1/ /f f1 1= =常数的近似恒磁通控制方式常数的近似恒磁通控制方式 由于由于E E1 1/ /f f1 1U U1 1/ /f f1 1， 故调节三相异步电动机故调节三相异步电动机的供电频率的供电频率f f1 1时，时， 按比例调节供电电压的按比例调节供电电压的U U1 1的大小可的大小可以近似实现以近似实现为常数。为常数。 以星形接法的电机为例，以星形接法的电机

11、为例， 变变频调速时，频调速时， 如供电如供电50 Hz50 Hz对应对应220 V220 V相电压（一般为额相电压（一般为额定点），定点）， 则则25 Hz25 Hz需提供需提供110 V110 V相电压，相电压， 10 Hz10 Hz需提供需提供44 V44 V相电压。相电压。 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 图1 保持U1/f1=常数控制方式的机械特性 n额定压频下降压降频下TO有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业

12、文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 在机械特性上，保持在机械特性上，保持U U1 1/ /f f1 1= =常数的近似恒磁通常数的近似恒磁通控制方式的机械特性曲线族体现为近似恒转矩性质，控制方式的机械特性曲线族体现为近似恒转矩性质，如图如图1 1所示。所示。 由机械特性曲线可以看出，由机械特性曲线可以看出，U U1 1/ /f f1 1= =常数调速方式常数调速方式在低频低速运行时拖动力矩不足，显然，在低频低速运行时拖动力矩不足，显然，U U1 1/ /f f1 1= =常数的常数的调速方式并不是真正的恒磁通调速，这是因为电动机调速方式并不是真正的恒磁通调速，这是因为电动机的主磁通的主

13、磁通与与E E1 1/ /f f1 1成正比例，成正比例， 严格意义上不是与严格意义上不是与U U1 1/ /f f1 1成正比，外加电压成正比，外加电压U U1 1只是在不计定子内阻时才近只是在不计定子内阻时才近似等于反电势似等于反电势E E1 1。 当供电频率和电压变得较低时，当供电频率和电压变得较低时， 内阻的影响增大，内阻的影响增大， E E1 1达不到要求值，达不到要求值， 就出现了低速下拖动转矩明显不足就出现了低速下拖动转矩明显不足的问题。的问题。 解决这个问题的方法是采用解决这个问题的方法是采用E E1 1/ /f f1 1= =常数的严常数的严格恒磁通控制方式。格恒磁通控制方式

14、。 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 2 2 保持保持E E1 1/ /f f1 1= =常数的严格恒磁通控制方式常数的严格恒磁通控制方式 在三相异步电动机中，在三相异步电动机中，E E1 1不是一个可以直接测量不是一个可以直接测量和控制的物理量，和控制的物理量， 所以变频调速所能做的仍然是通过所以变频调速所能做的仍然是通过控制供电电压控制供电电压U U1 1来间接控制反电势来间接控制反电势E E1 1。 在通用变频器在通用变频器产品中，产品中， 通常采用的措施是低频段电压补偿法，通常

15、采用的措施是低频段电压补偿法， 使使U U1 1与与f f1 1满足下图的配合关系。满足下图的配合关系。 图图2 2中中U U1 1N N和和f f1 1N N分别为电分别为电动机的额定电压和额定频率。动机的额定电压和额定频率。 利用图利用图2 2实现严格恒磁通的基本思路是以近似恒磁实现严格恒磁通的基本思路是以近似恒磁通控制方式为基础，通控制方式为基础， 在在U U1 1/ /f f1 1= =常数的基础上加一定的常数的基础上加一定的供电电压供电电压U U1 1提升，以补偿定子内阻压降对反电势提升，以补偿定子内阻压降对反电势E E1 1的的影响，影响， 使使E E1 1/ /f f1 1= =

16、常数。常数。 低频低速运行时内阻压降较小，需要加强低频低速运行时内阻压降较小，需要加强U U1 1的补的补偿量；偿量； 而额定工作点附近（而额定工作点附近（50 Hz50 Hz）内阻压降较小，）内阻压降较小， 可以不加补偿。可以不加补偿。 有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。图2 实现严格恒磁通的U1与f1配合关系1.00.60.200.20.61.0小内阻大内阻无内阻f1 / f1NU1 /U1N有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中

17、心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。图3 保持E1/f1=常数控制方式的机械特性 f1 NU1Nf1 f1NnTTmO有利于学习和创新的组织管理机制，创造充满活力的创新激励机制，以市场为导向，以顾客价值追求为中心的企业文化氛围，依赖既开放又相互信任的合作环境。 严格恒磁通控制方式下，严格恒磁通控制方式下， 变频调速电动机的机械变频调速电动机的机械特性如图特性如图3 3所示，所示， 特性曲线族呈现恒转矩性质。特性曲线族呈现恒转矩性质。 实际实际补偿时，补偿时， 必须根据不同参数的电动机运用不同的补偿必须根据不同参数的电动机运用不同的补偿曲线才能取得理想的补偿效果，曲线才能取得理想的补偿效果， 补偿不足会造成拉力补偿不足会造成拉力不足，不足， 过度补偿则会造成起动时电流过大。过度补偿则会造成起动时电流过大。 此外，此外， 在变频调速时，在变频调速时， 如果将频率调到额定频如果将频率调到额定频率以上（大于率以上（大于50 Hz50 Hz），）， 则不允许将供电电压比例上则不允许将供电电压比例上调，调， U U1 1只能保持在只能保持在U U1 1N N不变，不变， 因为所有的用电器都因为所有的用电器都不允许超过额定电压。不允许超过额定电压。