异步电机变频调速共74页
异步电动机变频调速系统课件
Wb。
只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通m的目的，因此，需要
考虑基频（额定频率）以下和基频以上两种情况。 ▪ 为保持主磁通不变，在变频时必须同时变压，使得压频比为一常
数, 这也是VVVF控制又被称为恒压频比控制的原因。
异步电动机变频调速系统培训课件
异步电动机变频调速系统
第一节 变频调速的基本工作原理 第二节变频调速的基本控制方式和机械特性简介 第三节调速用静止式变频器的类型及其特点
变频器的分类
对交流电机实现变频调速的变频电源装置叫变频器， 其功能是将电网提供的恒压恒频交流电变换为变压变 频交流电，变频伴随变压。 变频器的基本分类如下：
Eg/ω1控制的机械特性是一组
形状与恒压恒频机械特性相同， 且平行下移的特性。这就是说， 在恒压频比的条件下改变频率
1 时，
机械特性基本上是平行下移，它 们和直流他励电机变压调速时 的情况基本相似 所不同的是:当转矩增大到最大 值以后，转速再降低，特性就
折回来了。而且频率越低时最 大转矩值越小。
n 1N 11 12 13
机械特性
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，如图所示。
ns n0 0
sm
Temax
Te
0
1
Temax
Te
恒压恒频时异步电机的机械特性
二、变频调速的机械特性简介
1.恒Eg/ω1控制（Eg/ω1=恒值）
当Eg/ω1为恒值时，Temax恒定
不变，随着频率的降低，恒
fX(Hz) 50 25 5
三相异步电动机变频调速
一、三相异步电动机变频调速原理由于电机转速〃与旋转磁场转速小接近，磁场转速小改变后，电机转速“也就随之变化，由公式小=普可知，改变电源频率八，可以调节磁场旋转，从而改变电机转速，这种方為为变频调速。
根据三相异步电动机的转速公式为n = 丄(1-5)= 771(1-5)P式中八为异步电动机的定子电压供电频率；"为异步电动机的极对数；s•为异步电动机的转差率。
所以调节三相异步电动机的转速有三种方案。
异步电动机的变压变频调速系统一般简称变频调速系统，由于调速时转差功率不变，在各种异步电动机调速系统中效率最高，同时性能最好，是交流调速系统的主要研究和发展方向。
改变异步电动机定子绕组供电电源的频率八，可以改变同步转速”，从而改变转速。
如果频率八连续可调，则可平滑的调节转速，此为变频调速原理。
三相异步电动机运行时，忽略定子阻抗压降时，定子每相电压为UgE\=4A4f\N\k” 如式中&为气隙磁通在定子每相中的感应电动势；门为定子电源频率；M为定子每相绕组匝数；也为基波绕组系数，伽为每极气隙磁通量。
如果改变频率八，且保持定子电源电压S不变，则气隙每极磁通加将增大, 会引起电动机铁芯磁路饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机，这是不允许的。
因此，降低电源频率「时，必须同时降低电源电压，已达到控制磁通伽的目的。
.1、基频以下变频调速为了防止磁路的饱和，当降低定子电源频率门时，保持+为常数，使气每极磁通加为常数，应使电压和频率按比例的配合调节。
这时，电动机的电磁转上式对$求导，即空=0 ,有最大转矩和临界转差率为S>n = -==: ------- 由上式可知：当于二常数时，在八较高时，即接近额7n2+（xi + /2）2f'定频率时，门幺g+*2）,随着的降低，刀”减少的不多；当较低时，（M + X‘2）较小；八相对变大，则随着「的降低，几就减小了。
显然，当八降低时，最大转矩几不等于常数。
三相异步电动机的变频调速.
三相异步电动机的变频调速一、三相异步电动机的调速关系式：n=n0（1-s）=60f 1（1-s）/p 改变转速有以下几种方法：1、改变电动机的极对数P2、改变电动机的转差率S3、改变电动机的电源频率F1二、异步电动机的调速特性：1、变极调速优点：调速方法简单，机械特性较硬缺点：调速平滑性差，转速成倍变化，不能完成无极调速2、调转差率调速（1）笼型电动机定子调压法和电磁调速法优点：变速方便，可以完成无极调速缺点：机械特性较软（2）绕线转子异步电动机的转子回路串电阻缺点：不能完成无极调速，浪费电能3、变频调速（1）、基频以下恒磁通（恒转矩）变频调速1）为什么要恒磁通变频调速？2）怎样才能做到变频调速时磁通恒定由每极磁通φ=E1/4.44N1F1，可知，磁通φ的值由 E 和 F 共同决定，对 E 和 F 进行适当控制，就可以使磁通保持额定值不变。
（2）基频以上恒功率（恒电压）变频调速由每极磁通φ =E1/4.44N 1F1，可知，要使电压恒定不变，主磁通φ随 F 的上升而应减小。
总结：随着转速的提高，要使电压恒定，磁通就自然下降，当转子电流不变时，其电磁转矩就会减小，而电磁功率却保持恒定。
变频器的操作一、变频器的接线1、主回路接线R、R、T：接交流三相电流U、V、W：接三相异步电动机2、控制回路的接线（1）正转起动信号：STL（2）反转起动信号：STR（3）起动自保持选择信号：STOP（4）输入信号中具有功能设定的有：RL、RM、RH、RT、AU 、JOG、CS二、操作面板1、操作面板的名称和功能上半部分为显示器，下半部分为各种按键。
MODE ：可用于选择操作模式或设定模式SET：用于确定频率和参数的设定三、应用实例1、全部清除答：1）设定pr.79=1或0 PU 操作模式下，2）按MODE 键至“帮助模式”3）按▲键至“全部清除” （ALLC ）4）按SET 出现“ 0”，按▲键将“ 0”改为“ 1”5）按SET 键 1.5s 即可2、运行操作方式的选择（1）PU 运行操作方式：设置电动机以48HZ 运行并操作答：设置：1）设定pr.79=1 PU 操作模式下2）按MODE 键至“频率设定模式”3）按▲键改变设定值4）按SET 键 1.5s 即可操作：1）开始：按FWD 或REV 键（电动机起动，自动地变为监视模式，显示输出频率）2）停止：按STOP 键（2）外部运行操作方式：设置电动机以50HZ 运行1）开关操作运行答：1、设定pr.79=2 外部操作模式下2、将起动开关STF 或STR 处于NO，电动机即运行3、调节电位器可对电动机进行加速、减速控制2）点动运行答：1、设定pr.79=2 外部操作模式下2、设定“点动频率” pr.15 为5HZ3、设定“点动加/减速时间pr.16 为3S4、接通“ JOG”或“ STR”进行正反转点动运行3）组合运行操作方式1）组合操作模式1（运行频率由PU 设定，起动信号由外部输入）答：设定pr.79=3 组合操作模式下完成2）组合操作模式 2 （运行频率由外部输入设定，起动信号PU 设定）答：设定pr.79=4 组合操作模式下完成pr.79 的参数设置pr.79=0 PU 或外部操作可切换pr.79=1 PU 操作模式（起动信号和运行频率均由PU 面板设定）pr.79=2 外部操作模式（起动信号和运行频率均由外部输入）pr.79=3 外部/PU 组合操作模式 1（运行频率由PU 设定，起动信号由外部输入）pr.79=4 外部/PU 组合操作模式 2（运行频率由外部输入设定，起动信号PU 设定）pr.79=5 程序运行模式3、输出频率跳变跳变：电气频率与机械频率发生共振，容易发生负载轻或没有负载及变频器跳闸现象在FR-A500 变频器上通过pr.31~ pr.32 pr.33~ pr.34 pr.35~ pr.36 设定 3 个跳变区域，跳变频率可以设定为各区域的上点或下点，pr.31 为频率跳变“ 1A” pr.33 为频率跳变“ 2A” pr.35 为频率跳变“ 3A”。
异步电动机的调速PPT课件
2〕额定工作点，其特点是：
3〕起开工作点，其特点是：
4〕临界工作点，其特点是： 且最大转矩为 临界转差率为
式中“＋〞号适用于电动机状态；式中“－〞号适用于发电机状态。
〔2〕人为机械特性： 降低定子回路端的人为机械特性； 定子回路串接三相对称电抗或电阻时的人为机械特性； 转子回路串接三相对称电阻时的人为机械特性； 改变定子电源频率的人为机械特性〔变频原理〕
4. 三相异步电动机的制动
〔1〕能耗制动：其特点是在定子两相绕组上加上直流电压或电 流，产生制动转矩，使电机停车，机械特性由第一象限转为 第二象限。
〔2〕反接制动：分为定子两相反接的反接制动和倒拉反接制动 两种。其特点是n1 与n反向，假设是定子电流反接制动〔产 生对抗性转矩〕，那么T 与TL同向，机械特性由第一象限转 为第二象限，使电机迅速停车〔当n ＝0时要及时拉开电源， 否那么反转〕；假设是倒拉反接制动〔产生对抗性转矩〕， 那么T 与TL仍反向，机械特性由第一象限转为第四象限，电 机反转使重物匀速下降。
绕组过热而损坏电m机，这是不允许的。因此，降低电源频率f1时，必须同时降
低电源电压，以到达控制磁通 的目的。对此，需要考虑基频〔额定频率〕 以下的调速和基频以上调速两种情况。
m
10.4.1 基频以下变频调速
为要使保持 m不变，随频率变化，电动势也将随之按
正比例变化，即
E1 f1
4.44N1KN1m
3.三相异步电动机的起动
〔1〕直接起动：只有在电网或供电变压器容量允许的前提 下才能采用。一般用于容量小于7.5kw 的鼠笼式异步电动 机的直接起动。
〔2〕鼠笼式异步电动机的降压起动：如定子回路串接电抗 或电阻，ㄚ－Δ，自耦变压器，。
异步电动机变频调速
异步电动机变频调速第一节异步电动机基本知识1、概述由于大功率电力电子技术（GTO、IGBT、IGCT等器件）和计算机技术的迅速发展，异步电动机也可象直流电动机一样，其速度可在大的速度范围内进行调节。
因而，在工业电力拖动和铁道电力牵引等行业，大量采用异步电动机代替直流电动机，以降低设备的投资和维修成本。
2、异步电动机基本方程和特性2.1、转速方程式异步电动机的转速方程为：n=60f1/p(1-s)=n1(1-s)式中：n-电动机转速(rpm)f1-定子供电频率(Hz)s-转差率p-电动机极对数n1-定子旋转磁场的同步速度(rpm)2.2电压方程式U1=E1+IZU1≈E1=4.44 f1WK1Φ（V）U1-定子每相电压(V)E1-定子每相反电势(V)W-定子每相绕组匝数K1-基波绕组系数Φ-每极气隙磁通(韦伯)2.3 等效电路图异步电动机等效电路图如图1：图1 异步电动机等效电路图r1-定子绕组电阻x1-定子绕组漏抗r m-定子激磁电阻x m-定子激磁电抗r’2-转子绕组电阻（归算到定子側） x’2-转子绕组漏抗（归算到定子側）r2-负载等效电阻2.4 机械特性异步电动机转矩-转速特性如图2所示：图2 异步电动机转矩-转速特性第二节鼠笼式异步电动机的起动和调速1、鼠笼式异步电动机传统的起动方法在各种旋转电机中，鼠笼式异步电动机是最为简单的一种，它有很多的优点。
从使用的角度耒看，它价格低廉、构造简单、坚实可靠、维护容易；从性能上耒看，它漏磁通较小,功率因数较高,过载能力较大。
其缺点是起动特性较差，即在额定电压下起动时，起动电流大，起动时的功率因数很低，起动时的转矩小。
为了降低在额定电压下起动时的起动电流,传统的方法有:1)在定子线路中串联电抗器起动,如图3所示：图3 串联电抗器起动其缺点是如降低起动电流50%，则起动转矩将降低75%（与额定电压下起动时相比）。
2)用自耦变压器起动, 如图4所示：图4 自耦变压器起动,设自耦变压器的变比为K，则起动电流降低为1/K2倍。
交流异步电动机变频调速原理
第一节 交流异步电动机变频调速原理根据电机学原理，交流异步电动机的转速可表示为：)1(**60s pf n -= （2-1-1） 式中： n 一 电动机转速/分钟，单位：r/min ；p 一 电动机磁极对数；f 一 电源频率，单位：Hz ；s 一 转差率，10<<s 。
注：p 是磁极对数，不是磁极数。
由式（2-1-1）知，影响电动机转速的因素有：电动机的磁极对数 p ，转差率 s 和电源频率f 。
对于给定的电动机，磁极对数 p 一般是固定的；通常情况下，转差率 s 对于特定负载来说是基本不变的，并且其可以调节的范围较小，加之转差率 s 不易被直接测量，调节转差率来调速在工程上并未得到广泛应用。
如果电源频率可以改变，那么通过改变电源频率来实现交流异步电动机调速的方法应该是可行的，这就是所谓变频调速。
由电机学原理知，如忽略绕组间的互感、绕组的漏感及空间电磁谐波，交流异步电动机的相等效稳态电路如图 2-1-1。
图 2-1-1 交流异步电动机的相等效稳态电路由戴维南定理，图 2-1-1电压平衡方程式为：U = E + I * r （2-1-2）式中： U 一 相电压 ；E 一 定子绕组的感应电动势；I 一 定子绕组的相电流；r 一 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和。
交流异步电动机的定子绕组的感应电动势是定于绕组切割旋转磁场磁力线的结果， 其有效值计算如下：E = K * f * Φ （2-1-3） 式中：Ｋ 一 与电动机结构有关的常数；ｆ 一 电源频率；Φ 一 磁通量 。
由式（2-1-2）知，加在电机绕组端的电源电压Ｕ，一部分产生感应电动势Ｅ，另一部分消耗在电阻 r （ 定子绕组电阻与转子绕组电阻折算到定子侧的电阻之和 ）上 。
其中定子绕组的相电流 I 由两部分构成：21I I I += （2-1-4）电机的定子电流有一小部分1I 用于建立磁场的主磁通，其余大部分2I 用于产生拖动负载的电磁力。
异步电动机变频调速控制系统
可控整流器 1 电源
六拍逆变器 异步电机
~
电压 检测器 脉冲 放大器 脉冲 放大器
M
1、基准部分 2、整流器控制部分 3、逆变器控制部分
电流 检测器 整 流 器 控 制 部 分
相位 控制器
脉冲 分配器
逆 变 器 控 制 部 分
电流 调节器
电压－频率 变换器
电流 比较器 电压 调节器
电压比较器
绝对值 变换器
转差频率控制的基本原理
转差控制系统中控制气隙磁通恒定的方法 有直接控制和间接控制两种。 直接控制气隙磁通的方法是用检测线圈或 霍尔片检测气隙磁通，以此为反馈量进行 闭环控制，而间接控制气隙磁通的方法则 是通过控制定子电流或定子电压以控制励 磁电流，励磁电流恒定则气隙磁通恒定。
转差频率控制的基本原理
转差频率控制的基本原理
转差频率控制的基本原理
对式（6）求导，并令 可求出 w R2 T
slm
dT 0 dwsl
Ll2
max
2 kmm 2 Ll2
2 2 wslm与 m 无关， max 与 m 成正比 T
w 如果wsl较小，sl Ll2 R2则可忽略ws Ll2 ，式(6)简化为
所谓“通用”，包含着两方面的含义： （1）可以和通用的笼型异步电机配套使用； （2）具有多种可供选择的功能，适用于各种 不同性质的负载。 下页图绘出了一种典型的数字控制通用变 频器-异步电动机调速系统原理图。
1. 系统组成
K UR R0 R0 R11 R R2 R UI M 3~
Rb R
b
~
对于电压型逆变系统，无论输出电压是方 波还是脉宽调制波，电流的谐波含量都比 电压谐波含量大；而且在不同频率以及脉 宽调制的不同载波比时，电流谐波分量又 在很大范围内变化。因此，检测电压作为 反馈量进行控制更能提高控制的精度。 Φ m恒定的实现方式 通过U/f＝const，低频时适当补偿定子电 阻压降的影响即可以实现恒磁通的控制。
异步电动机变频调速系统PPT课件
目前，变频调速系统使用较为普遍，例如工农业生产、家用电器等领 域，且具有节能、调速效率较高等特点。变频调速系统正向着高性能、 高精度、大容量、微型化、数字化和智能化方向发展。
主回路 18
.
主回路：整流桥为三相全控桥，逆变器为1200导电型，中间环节采用 电抗器滤波，为电流型变频调速系统。
电压控制回路：采用电压外环、电流内环的双闭环结构。电压控制回 路采用了相位控制技术。关于电压控制回路的说明：
采用闭环控制电压，来保证实际电压与给定电压相一致。
电流调节器的给定值为电压调节器的输出值，而反馈值为电动机 电流的实际值。一方面，采用闭环控制电流，可保证实际电流与 给定电流一致，且在动态过程中，能够保证恒流加速或减速。另 一方面，如果按电机最大允许电流设计电压调节器的限幅值，能 保证主回路电流不超过最大允许电流，提高了可靠性。
.
9
3、斩波器调压
换流器—L—C
斩波器调压原理图如下：
斩波器：调压
换流电路
逆变器：调频
二极管 整流器
晶闸管 VT
开关
VD
L 斩波器 C
逆变器
M 3~
整流器采用三相二极管整流桥，把交流电变换成直流电； 逆变器采用三相全控桥，实现变频； 斩波器采用脉频调制或脉宽调制，输出大小可调的直流电压。
特点：斩波器调压的特点是输入功率因数高，动态响应快。
G
图 六行电 恒电 频 回压 ， 控给 在 性载保 ；跃把将为环 三
+
GF
AVR GT1
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• 三相交交变频器的基本结构
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• 输出星形联结方式三相交交变频电路
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三相桥式交交变频电路
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•特点
1、 结构上只有一个变换环节，省去了中 间直流环节，看似简单，但所用的器件数 量却很多，总体设备相当庞大。在技术上 很成熟。
2、 输出频率低。当采用三相桥时，输出频 率不能大于电网频率的1/3~1/2。
4
由式（7-1）可知，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。
5
1. 基频以下调速
由式（7-1）可知，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
E g 常值 f1
（7-2）
即采用恒值电动势频率比的控制方式。
子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要 费一些周折了。
3
• 定子每相电动势
Eg4.4f4 1NskN SΦ m （7-1）
式中 Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的 有效值（V）；
f1 —定子频率（Hz）； Ns —定子每相绕组串联匝数； kNs —基波绕组系数； m —每极气隙磁通量（Wb）。
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3、 输入功率因数较低，谐波电流含量大， 频谱复杂，因此须配置谐波滤波和无功补 偿设备。
4、 一般主要用于轧机主传动、球磨机、水 泥回转窑等大容量、低转速的调速系统， 可以省去庞大的齿轮减速箱。
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电压源型和电流源型逆变器
在交-直-交变频器中，按照中间直流 环节直流电源性质的不同，逆变器可以分 成电压源型和电流源型两类，两种类型的 实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器。 下图绘出了电压源型和电流源型逆变器的 示意图。
16
• 交-直-交PWM变频器基本结构
恒压恒频 (CVCF)
AC ~ 50Hz
中间直流环节
DC
C
PWM 逆变器
变压变频 (VVVF)
AC
调压调频 图7-10 交-直-交PWM变频器
17
PWM变频器的应用如此广泛，是由 于它具有如下的一系列优点： 1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有 逆变单元可控，结构简单。采用全控型 的功率开关器件，只通过驱动电压脉冲 进行控制，电路也简单，效率高。
6
• 恒压频比的控制方式
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
U s 常值 f1
（7-3）
这是恒压频比的控制方式。
7
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。
•概 述
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。因此现在应用很广，是本速时，常须考虑的一个重要因素是：希
望保持电机中每极磁通量 m 为额定值不变。
➢ 如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是 一种浪费；
➢ 如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导 致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损
坏电机。
2
➢ 对于直流电机，励磁系统是独立的，只要
对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变
是很容易做到的。
➢ 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转
18
2）采用PWM控制技术，基波比重大，谐波 受到很大抑制，因而转矩脉动小，调速范 围和稳态性能高。
3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应不 受中间直流环节滤波器参数的影响，系统 的动态性能也得以提高。
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4）采用不可控的二极管整流器，电源侧功率 因素较高，且不受逆变输出电压大小的 影响。
5 ） PWM 变 频 器 常 用 功 率 开 关 器 件 有 ： PMOSFET，IGBT，GTO和替代GTO的电 压控制器件如IGCT、IEGT等。
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• 交-直-交变频器基本结构
恒压恒频 (CVCF)
中间直流环节
变压变频 (VVVF)
AC ~ 50Hz
整流
DC 逆变
AC
图7-9 交-直-交（间接）变频器
15
由于这类变频器在恒频交流电源和变 频交流输出之间有一个“中间直流环节”， 所以又称间接式的变频器。
具体的整流和逆变电路种类很多，当 前应用最广的是由二极管组成不控整流器 和由功率开关器件（P-MOSFET，IGBT等） 组成的脉宽调制（PWM）逆变器，简称 PWM变频器，如下图所示。
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2. 交-交变频器
交-交变频器它只有一个变换环节，把 恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换 成VVVF输出，因此又称直接式变频器。
有时为了突出其变频功能，也称作周 波变换器（Cycloconveter）。
21
•
CVCF
AC 50Hz~
VVVF
交－交变频
AC
图7-12 交-交（直接）变频器
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把基频以下和基频以上两种情况的 控制特性画在一起，如下图所示。
10
• 变压变频控制特性
Us Φm
恒转矩调速
UsN
ΦmN
Us
恒功率调速
Φm
O
f1N
f1
图7-2 异步电机变压变频调速的控制特性
11
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，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”。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性 示于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则 为a 线。
8
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
f1
图7-1 恒压频比控制特性
9
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。
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2 电力电子变频器的主要类型 本节提要
交-直-交和交-交变频器 电压源型和电流源型逆变器
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7.3.1 交-直-交和交-交变频器
从整体结构上看，电力电子变频器可分 为交-直-交和交-交两大类。
1.交-直-交变频器 交-直-交变频器先将工频交流电源通过整
流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控 频率和电压的交流，如下图所示。