变频调速系统

基频以下V/F控制方式
• 原因: • 我们在对异步电动机进行调速控制时，总是希望 异步电动机的主磁通保持额定值不变，因为主磁 通太弱，电动机的铁芯利用不充分，同样的转子 电流情况下，电磁转矩小，电动机带负载能力下 降。因为电动机的电磁转矩是由转子电流与主磁 场相互作用的结果。；当主磁通太强，则电动机 处于过励状态，励磁电流将过大，电动机将发热， 烧坏，所以异步电动机的主磁通应在调速时保持 一个恰当的值。
可以证明此过程,电动机的输出功率 保持不变,因此,变频器恒压弱磁调速， 近似对电动机进行恒功率控制。
变频器输出频率与电动机定子电压关系曲线图
采用以上两种控制方式,则变频器输出频率 与电动机定子电压关系曲线为:
图5输出频率与定子电压关系曲线图
5)变频调速特点
• 三相异步电动机变频调速有以下特点: • 从基频向下调速,采用V/F控制方式，近似为恒转 矩调速方式；从基频向上调速,为弱磁控制方式， 近似为恒功率调速方式 • 调速范围大 • 变频调速时,电机的机械特性斜率（即硬度不变）, 转速稳定性好 • 频率可连续调节,可实现无极调速. • 可以实现节能运行。
图8变频器的基本结构
7.1)变频器主电路
主电路:包括整流电路、逆变电路、能耗电路等。 下面一一介绍。
图9.变频器主电路原理图
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1）整流电路
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其作用是将电源的三相交流电整流成直流电。 （1）输出电压 如三相交流电的线电压为，则全波整流后的平均直流电压为： UD=1.35UL。线电压为380V，则UD=1.35*380=513V。 (2）滤波电容C 其功能为： 滤平全波整流后的电压纹波。 负载变化时，使直流电压保持平稳。 因受到容量和耐压限制，通常采用电容串联。由于电解电容容量有较 大的离散性，CF1和CF2电容量不容易相等，为了使两者的电压相同， 在它们两旁并联一个阻值相等的均压电阻。
变频调速过程示意图
6)变频器与异步电动机的连接
图6 变频器与异步电动机的连接原理图
6)变频器与异步电动机的连接
图7 变频器与异步电动机的连接实物图
7)变频器的基Biblioteka 结构• 我们这里主要介绍目前主流产品交-直-交变频器的基本结构。交-直-交 变频器的电路框图如图7所示。主要包括主电路和控制电路两部分， 其中主电路包括：整流电路与逆变电路两部分，整流电路的作用是将 三相交流电整成直流电，而逆变电路的目的是将整流后的直流电逆变 为频率可调的交流电。
• 由电机学的原理我们知道，异步电动机定子绕组的电动势 是定子绕组切割磁力线的结果，本质上是感应电势，定子 每相电势为：
• 其中为E1定子每相感应电势, f1为定子频率, N1为定子匝 数, K为绕组系数, 为每极磁通.为了保持异步电动机磁通 恒定，根据公式 • 即需保持E1/f1=常数. • 由于定子每相感应电势不便于测量与控制，从图3可知： • 三相异步电动机定子每相电压 • 如果我们保持U1/f1=常数，即可保持磁通近似常数。
1) 变频调速技术概述
图1 实训用异步电动机
n f (Te )
2)变频器的功能
变频器的功能是将频率固定（通常工频为50HZ） 的交流电（三相或单相）变换成为频率连续可调节 的三相交流电.
图2,实训用VF-7F小巧型变频器
3)变频调速的工作原理
• 异步电动机同步旋转磁场速度的公式为n0=60f/p • 其中f为定子供电电流频率，P为电机定子极对数， • 当定子供电电流频率f连续可调时，电动机的同步转速也 连续可调，因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略 低，所以转子速度也就连续可调，从而改变定子电流的频 率即可实现电动机的变频调速。
图 3变频调速原理说明
异步电动机的工作原理：
定子对称三相绕组通入三相交流电后，在定子绕组内 部产生对称三相电流，并在空间产生旋转磁场，该旋转磁 场以同步转速沿定子内圆周方向旋转。在转子绕组内也感 应出三相电流。根据安培电磁力定律，转子感应电流与旋 转磁场相互作用产生电磁转矩，带动电动机的转子跟随同 步旋转磁场一同旋转。但转子的旋转速度（即电动机的转 速）要比旋转磁场速度（同步转速）要小。因为 • 如果转子的速度与旋转磁场速度相同，转子与旋转磁场便 没相对运动，转子导体便不能切割磁通，从而就不能感应 出转子电势和转子电流，没有转子电流也就不会有电磁转 矩，这样，转子就会慢下来，转子一慢，由于同步转速是 固定的，转子与同步转速又有了差别，转子又会感应出电 流，就又会产生电磁转矩，转子又会快起来，因此转子速 度总是略小与同步转速，与旋转磁场同步转速之差是保证 转子旋转的主要条件。 • 由于转子的速度不等于同步转速，所以这种电动机我们称 为异步电动机。
图4异步电动机原理图
V/F控制
V/F控制: 电动机的定子电压与频率之比为常数,目的 是保持电动机内主磁通不变. 可以证明, 变频器在运行时，保持V/F=常数， 这时电动机的转矩近似为常数.所以V/F控制 近似为恒转矩控制。
基频以上，恒压弱磁
• 当频率向上调，超过基频时,如果还保持 • V/f1=常数控制方式,则电压会随着频率的增 高而超过电机所允许的额定值.这是不允许 的。因此，当频率向上调超过基频时此时, 我们只能保持定子电压不变,要使不变, 由公 式可知, 频率f1增加, 必须 减小。这就是 变频器频率超过基频时，变频器要恒压弱 磁的原因。
图 3变频调速原理说明
4)变频器的控制方式
• 基频的概念: • 基频也叫基本频率，在一般情况下，以电 动机的额定频率作为基频的给定值。 变频器控制方式介绍: 变频器运行时，变频器的控制方式是一般 分为两种，即当电动机频率小于基频时， 一般采用V/F控制方式，当频率高于时，则 采用恒压弱磁通控制方式.
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3)变频调速的工作原理
• 异步电动机同步旋转磁场速度的公式为n0=60f/p • 其中f为定子供电电流频率，P为电机定子极对数， • 当定子供电电流频率f连续可调时，电动机的同步转速也 连续可调，因为异步电动机的转子转速总是比同步转速略 低，所以转子速度也就连续可调，从而改变定子电流的频 率即可实现电动机的变频调速。