文档介绍：课题三变频器的应用
§3-l变频调速的基础知识
由电动机转速公式 n0=60f1/P可知,当根对数 P不变时,同步转速 n0和电源频率/成正比。连续地改变供电电源的频率,就可以平滑地调节电动机的速度,这种调速方法称为变频调速。变频调速具有很好的调速控能,在交流调速方式中具有重要意义,应用相当广泛。
一、异步电动机变频调速的控制方式
对于实际的生产机械,不但要求可以调速,而且要求有较好的调速性能。
异步电动机有如下关系式为:
U1≈E1=
式中,定子绕组匝数N1和走子绕组系数KNl为常数。在电源频率f1一定时,定子绕组感应电动势E1与气隙基波磁通Fm成正比。忽略定子阻抗压降时,定子电压U1与E1近似相等。由式(3—1)可以看出,若U1不变,则f1与Fm成反比。如果人下降,则Fm增加;使磁路过饱和,励磁电流迅速上升,铁损增加,电动机效率降低,也使功率因数减小。如果右上升,则也减小,电磁转短减小,电动机的过载能力下降。可见,在调节f1的同时还要协调地控制其他量,这样才可使异步电动机具有较好的性能。一般是在调节f1的同时,控制U1或I1。两个被控量的协调关系不同时,有不同的机械特性。
一般生产机械的负载多为恒转矩负载。对恒转矩负载,希望在调速过程中保持最大转矩
Tmax不变,即电动机的过载能力不变。由电动机学可知,最大转矩Tmax为:
Tmax=
式中Xl——定子漏电抗;
X2——转子漏电抗的折合值。
若忽略定于电阻 rl,并考虑到X1+ X2= 2( L1+ L2),则 Tmax。( U1/f1)2。因此,在从额定频率(或称基频)向下调节时,协调控制U1,可使U1与的比值保持不变,即可深证在调速过程中,电动机的最大转矩不变。此方式称为恒压频比控制方式。
在频率较高时,定子电阻r;相对于短路电抗Xk来说可以忽略(因为Xk∝)。调节的同时,调节U1,并保持U1/f1=常数,即可使Tmax不变。但是在频率较低时,r1相对
Xk来说不能忽略。此时即使仍保持压频比恒定,若减小,则Fm也要减小,从而使最大转矩Tmax减小。因此,在电动机低速运行时,过载能力随转速n的降低而降低。这种控制方式的变频调速只适用于风机类负载,或是能轻载启动而又要求调速范围较小的场合。
对于要求调速范围大的恒转矩负载,希望在整个调速范围内保持最大转矩不变。即由不变,由式(3—1)可以看出,可以采用E1/f1一常数的控制方式,也称为恒磁通控制方式。
由于异步电动机的感应电动势E1不易测量和控制,所以在实际应用中,常采用补偿的办法。随着人的降低,适当提高U1,以补偿r1;上的压降,等效地满足E1/f1常数,以达到维持最大转矩不变的目的。图3一1所示为恒磁通变频调速时的补偿特性。图中曲线 1是U1/f1=常数时的U1与f1的关系曲线;曲线2是随f1的降低,逐渐增加补偿量时的U1与f1的关系曲线;曲线3是补偿情况,除考虑到增加补偿量外,还应该考虑到低频空载时,由于电阻压降减小,应减少补偿量,否则将使电动机磁通Fm增大,导致磁路过饱和,故 U1与f1的关系曲线是拆线。实际应用中应根据生产工艺要求选定曲线。
电动机在额定转速以上运行时,定子频率将大于额定频率,如按恒压频比的控制方式,定子电压将高于额定电压,这是不允许的。因此,在基频以上应采取恒功率控制方式。此时,由于定于电压限制在允许范围内,而频率升高,致使气隙磁通减小,转矩减小,但转速上升,功率恒定。恒功率控制方式所要求的电压频率协调关系,可作如下推导:忽略r1时,Tmax∝U/f1.
额定转矩 Tn∝U/λf
(3-3)
式中人为电动机的过载倍数。同理,对于任意的电压出,与其对应的频率为人时,异步电动机的对应转矩为:
只要满足 U/f1一常数,即可达到恒功率调速。实际上,在基频以上调速时,是保持 U1为额定值不变,而只升高频率,因此为近似恒功率调速。
在变频调速时,保持异步电动机定子电流I1恒定,称为恒流控制方式。由于恒流控制方式限制了人,所以恒流时,最大转矩一般要比异步电动机本身的最大转短小很多。因此,这种控制方式只适用于负载变化不大的场合。
综上所述,一般在基频以下采用 U1/f1=常数或 E1/f1一常数的控制方式,而在基以上采用恒功率控制方式。
二、变频器的分类及工作原理
变频器的任务是把电压和频率恒定的电网电压变成电压和频率可调的交流电。大多数情况下,是将工频(50 HZ)交流电转变为电压、频率可谓的交流电。
1·变频器的分类
(1)按变换环节分
1)交一交变频器把频率固定的交流电直接变换成频率连续可谓