1、第第3 3章章 變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速原理交流變頻調(diào)速的基本控制方式交流變頻調(diào)速的基本控制方式要實現(xiàn)交流變頻調(diào)速，其基本的控制方式有三種，即恒磁通控要實現(xiàn)交流變頻調(diào)速，其基本的控制方式有三種，即恒磁通控制方式、恒電流控制方式和恒功率控制方式。制方式、恒電流控制方式和恒功率控制方式。1 1恒磁通控制方式及其特性恒磁通控制方式及其特性在進(jìn)行電動機(jī)調(diào)速時，通常要考慮的一個重要因素是，希望保在進(jìn)行電動機(jī)調(diào)速時，通常要考慮的一個重要因素是，希望保持電動機(jī)中每極磁通量為額定值，并保持不變。這樣才能充分發(fā)揮持電動機(jī)中每極磁通量為額定值，并保持不變。這樣才能充分發(fā)揮電動機(jī)的能力，即充分利用鐵芯材料，充分利用繞組

2、達(dá)到額定電流，電動機(jī)的能力，即充分利用鐵芯材料，充分利用繞組達(dá)到額定電流，盡可能使電動機(jī)的輸出達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩或最大轉(zhuǎn)矩。如果磁通太弱，盡可能使電動機(jī)的輸出達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩或最大轉(zhuǎn)矩。如果磁通太弱，沒有充分利用電動機(jī)的鐵芯，這是一種浪費；如果過分增大磁通，沒有充分利用電動機(jī)的鐵芯，這是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵芯飽和，又會使鐵芯飽和，下一頁 返回上一頁從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時還會因繞組過熱而損壞電動從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時還會因繞組過熱而損壞電動機(jī)。對于直流電動機(jī)，因為勵磁是獨立的，所以只要對電樞反應(yīng)的機(jī)。對于直流電動機(jī)，因為勵磁是獨立的，所以只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，保持補(bǔ)償合

3、適，保持mm的不變是很容易做到的。但在交流異步電動機(jī)中，的不變是很容易做到的。但在交流異步電動機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子的磁動勢合成產(chǎn)生的，怎樣才能保持磁通恒定，磁通是定子和轉(zhuǎn)子的磁動勢合成產(chǎn)生的，怎樣才能保持磁通恒定，是需要進(jìn)行認(rèn)真研究的。是需要進(jìn)行認(rèn)真研究的。1 1）維持氣隙磁通）維持氣隙磁通mm的恒定的恒定異步電動機(jī)定子繞組的感應(yīng)電動勢為異步電動機(jī)定子繞組的感應(yīng)電動勢為 如果略去定子阻抗電壓降，則感應(yīng)電動勢近似等于定子的外加如果略去定子阻抗電壓降，則感應(yīng)電動勢近似等于定子的外加電壓，即電壓，即下一頁 返回上一頁11114.44mfkE1111mfUCE式中：式中：C C1 1為常數(shù)，為常數(shù)，

4、C C1 1=4.44=4.441 1k k1 1 。因此，若定子的供電電壓因此，若定子的供電電壓U U1 1保持不變，則氣隙磁通保持不變，則氣隙磁通m m將會隨頻將會隨頻率變化而變化。率變化而變化。一般在電動機(jī)設(shè)計中，為了充分利用鐵芯材料，通常把磁通的一般在電動機(jī)設(shè)計中，為了充分利用鐵芯材料，通常把磁通的數(shù)值選為接近磁路飽和值。如果頻率數(shù)值選為接近磁路飽和值。如果頻率f f1 1從額定值（通常為從額定值（通常為50Hz50Hz）往）往下降低，則磁通會增加，從而造成磁路過飽和，使勵磁電流增加。下降低，則磁通會增加，從而造成磁路過飽和，使勵磁電流增加。這將使電動機(jī)帶負(fù)載能力降低，功率因數(shù)變壞，鐵

5、耗損增加，電動這將使電動機(jī)帶負(fù)載能力降低，功率因數(shù)變壞，鐵耗損增加，電動機(jī)過熱，這是不允許的。反之，如果頻率從額定值往上升高，則磁機(jī)過熱，這是不允許的。反之，如果頻率從額定值往上升高，則磁通將會減少，由異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式通將會減少，由異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式 可以看出，可以看出，磁通磁通m m的減少勢必導(dǎo)致電動機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩的減少勢必導(dǎo)致電動機(jī)允許輸出轉(zhuǎn)矩T Te e的下降，的下降，下一頁 返回上一頁22cosemmCTI使電動機(jī)的利用率降低，在一定的負(fù)載下有過電流的危險。為使電動機(jī)的利用率降低，在一定的負(fù)載下有過電流的危險。為此通常要求磁通保持恒定，即此通常要求磁通保持恒定，即m m常數(shù)。為了

6、保持磁通常數(shù)。為了保持磁通mm恒定，必恒定，必須使定子電壓和頻率的比值保持不變，即須使定子電壓和頻率的比值保持不變，即 式中：式中：UU1 1、ff1 1為變化后的定子電壓和頻率；為變化后的定子電壓和頻率；C C為常數(shù)。為常數(shù)。這就要求定子電壓隨頻率成正比變化。上式就是恒磁通控制方這就要求定子電壓隨頻率成正比變化。上式就是恒磁通控制方式所要遵循的協(xié)調(diào)控制條件。在滿足這個條件的前提下，由異步電式所要遵循的協(xié)調(diào)控制條件。在滿足這個條件的前提下，由異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可知，動機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可知， 等于電動機(jī)的轉(zhuǎn)子額定有功電流，等于電動機(jī)的轉(zhuǎn)子額定有功電流，當(dāng)當(dāng)m m維持不變時，那么電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩

7、也是恒定的，可以獲得恒維持不變時，那么電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也是恒定的，可以獲得恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性。下一頁 返回上一頁CfUfU111122cosI在定子供電電源頻率較高時，電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩近似保持恒定，在定子供電電源頻率較高時，電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩近似保持恒定，機(jī)械特性曲線斜率變化很小。若保持機(jī)械特性曲線斜率變化很小。若保持U U1 1/ f/ f1 1=C=C不變，異步電動機(jī)的不變，異步電動機(jī)的機(jī)械特性是一簇平行的曲線，但最大轉(zhuǎn)矩將隨頻率機(jī)械特性是一簇平行的曲線，但最大轉(zhuǎn)矩將隨頻率f f1 1的降低而減少，的降低而減少，當(dāng)頻率較低時，機(jī)械特性曲線斜率及最大轉(zhuǎn)矩變化較大。從物理概當(dāng)頻率較低時

8、，機(jī)械特性曲線斜率及最大轉(zhuǎn)矩變化較大。從物理概念上來說，低頻時機(jī)械特性斜率的加大以及最大轉(zhuǎn)矩的下降，是由念上來說，低頻時機(jī)械特性斜率的加大以及最大轉(zhuǎn)矩的下降，是由于定子繞組內(nèi)阻上引起的電壓降在低速時相對影響較大，無法保持于定子繞組內(nèi)阻上引起的電壓降在低速時相對影響較大，無法保持電動機(jī)氣隙磁通為恒值而造成的。故低頻啟動時，啟動轉(zhuǎn)矩也將減電動機(jī)氣隙磁通為恒值而造成的。故低頻啟動時，啟動轉(zhuǎn)矩也將減少，甚至不能帶負(fù)載。少，甚至不能帶負(fù)載。下一頁 返回上一頁因此，此種采用保持氣隙磁通因此，此種采用保持氣隙磁通m m恒定的交流調(diào)速系統(tǒng)，只適用恒定的交流調(diào)速系統(tǒng)，只適用于調(diào)速范圍不大的負(fù)載。于調(diào)速范圍不大的

9、負(fù)載。對于要求調(diào)速范圍大的恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，希望在整個調(diào)速范對于要求調(diào)速范圍大的恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，希望在整個調(diào)速范圍中維持最大轉(zhuǎn)矩不變，欲保持磁通圍中維持最大轉(zhuǎn)矩不變，欲保持磁通m m的恒定，應(yīng)滿足的恒定，應(yīng)滿足E E1 1/ f/ f1 1常常數(shù)的關(guān)系。但由于電動機(jī)的感應(yīng)電動勢數(shù)的關(guān)系。但由于電動機(jī)的感應(yīng)電動勢E E1 1難以測得和控制，故在實難以測得和控制，故在實際應(yīng)用中通常在控制回路加入一個函數(shù)發(fā)生器，以補(bǔ)償?shù)皖l時定子際應(yīng)用中通常在控制回路加入一個函數(shù)發(fā)生器，以補(bǔ)償?shù)皖l時定子電阻所引起的壓降影響。電阻所引起的壓降影響。下一頁 返回上一頁U1/f1為常數(shù)時電動機(jī)調(diào)頻的機(jī)械特為常數(shù)時電動機(jī)調(diào)

10、頻的機(jī)械特性曲線性曲線返回恒通調(diào)整時，利用函數(shù)發(fā)生器的補(bǔ)恒通調(diào)整時，利用函數(shù)發(fā)生器的補(bǔ)償特性曲線償特性曲線返回采用采用PAM控制的調(diào)速系統(tǒng)原理圖控制的調(diào)速系統(tǒng)原理圖返回 (a)采用相位控制的電壓調(diào)節(jié) (b)采用斬波器控制的電壓調(diào)節(jié)采用采用PWM控制變頻器的原理圖及控制變頻器的原理圖及PWM波形波形返回采用采用U/f比例控制的調(diào)速系統(tǒng)圖比例控制的調(diào)速系統(tǒng)圖返回異步電動機(jī)的等效電路圖和電路矢異步電動機(jī)的等效電路圖和電路矢量圖量圖返回脈寬調(diào)制式脈寬調(diào)制式(PWM)變頻器電路原理變頻器電路原理示意圖示意圖返回單相逆變器主電路圖單相逆變器主電路圖返回單相逆變器波形圖單相逆變器波形圖 返回(a) 180P

11、WM型輸出電壓波形 (b) PWM型輸出電壓波形正弦波脈寬調(diào)制波形正弦波脈寬調(diào)制波形返回雙極性三相正弦波脈寬調(diào)制波形雙極性三相正弦波脈寬調(diào)制波形返回三極管通用型三相三極管通用型三相PWM型逆變器主型逆變器主電路電路返回逆變器輸出波形（電壓、電流）逆變器輸出波形（電壓、電流）返回同時關(guān)斷的晶閘管同時關(guān)斷的晶閘管PWM型逆變器主型逆變器主電路電路返回模擬正弦波參考信號模擬正弦波參考信號SPWM型變頻型變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)返回Uf變換器及三相方波發(fā)生器實際變換器及三相方波發(fā)生器實際電路電路返回三相方波及其狀態(tài)三相方波及其狀態(tài)返回三角波、正弦波發(fā)生器實際電路三角波、正弦波發(fā)生器實際電路返回電路中各點的波形電路中各點的波形返回“”脈寬調(diào)制電路脈