變頻調(diào)速及控制原理

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1、第三章變頻調(diào)速的控制原理變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，它就是由變頻器供電的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。描述轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為機(jī)械特性。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作情況取決于電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的機(jī)械特性。因此，要學(xué)習(xí)變頻調(diào)速的控制原理，有必要了解負(fù)載的機(jī)械特性和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性?！?-1各類負(fù)載的機(jī)械特性分析負(fù)載的機(jī)械特性決定于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的構(gòu)成以及負(fù)載對工況的限制和要求。工礦企業(yè)中，生產(chǎn)機(jī)械的類型很多，它們的機(jī)械特性也各不相同。但大體上說，主要有三類：一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載1.轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩基本恒定：即負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)

2、速的高低無關(guān)，其機(jī)械特性曲線如圖2-1-1b)所示。2.功率特點(diǎn)負(fù)載的功率和轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系是,即負(fù)載功率與轉(zhuǎn)速成正比。3.典型實(shí)例帶式輸送機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的典型例子之一。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小決定于傳動(dòng)帶與滾筒間的摩擦阻力和滾筒半徑：由于和都和轉(zhuǎn)速的快慢無關(guān)，所以在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的過程中，轉(zhuǎn)矩保持不變，即具有恒轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)。二、恒功率負(fù)載1.功率特點(diǎn)在不同的轉(zhuǎn)速下，負(fù)載的功率基本恒定：即負(fù)載功率的大小與轉(zhuǎn)速的高低無關(guān)。2.轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)12即負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比。3.典型實(shí)例各種薄膜的卷取機(jī)械是恒功率負(fù)載的典型例子之一。其工作特點(diǎn)是：隨著“薄膜

3、卷”的卷徑逐漸增大，卷取輥的轉(zhuǎn)速應(yīng)該逐漸減小，以保持薄膜卷的線速度恒定，從而也保持了張力的恒定。負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小決定于卷取物的張力（在卷取過程中，要求張力保持恒定）和卷取物的卷取半徑（隨著卷取物不斷卷到卷取輥上，將越來越大）由于具有以上特點(diǎn)，因此，在卷取過程中，拖動(dòng)系統(tǒng)的功率是恒定的：式中－卷取物的線速度，在卷取過程中，為了使張力大小保持不變，要求線速度也保持恒定。一、二次方率負(fù)載1.轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比：其機(jī)械特性曲線如圖2-1-3b)所示。2.功率特點(diǎn)負(fù)載的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：式中、－二方律負(fù)載的轉(zhuǎn)矩常

4、數(shù)和功率常數(shù)。3.典型實(shí)例離心式風(fēng)機(jī)和水泵都屬于典型的二次方率負(fù)載。以風(fēng)扇葉片為例。事實(shí)上，即使在空載的情況下，電動(dòng)機(jī)的輸出軸上，也會(huì)有損耗轉(zhuǎn)矩,如摩擦轉(zhuǎn)矩等。因此，嚴(yán)格的講，其轉(zhuǎn)矩表達(dá)式應(yīng)為：功率表達(dá)式為：式中－空載損耗?！?-2異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一、異步電動(dòng)機(jī)的等效電路12常見的異步電動(dòng)機(jī)的等效電路。一、固有機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)內(nèi)電流和磁場的相互作用的結(jié)果是產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩。以異步電動(dòng)機(jī)為例，電磁轉(zhuǎn)矩的大小與電流和磁通量的乘積成正比，式中，－轉(zhuǎn)矩常數(shù)－折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電流；－每極的磁通；－轉(zhuǎn)子電流的功率因數(shù)；異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。如

5、果式2-2-1中各參數(shù)均處于額定狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)按規(guī)定的接線方式接線，定子及轉(zhuǎn)子電路中不外接電阻（電抗或電容）時(shí)所獲得的機(jī)械特性稱為異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。固有機(jī)械特性曲線的形狀主要決定于以下三點(diǎn)：(1)理想空載點(diǎn)：理想空載點(diǎn)E的位置主要反映了理想空載轉(zhuǎn)速的大小。在異步電動(dòng)機(jī)中，理想空載轉(zhuǎn)速就是旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)：(2)起動(dòng)點(diǎn)()：起動(dòng)點(diǎn)主要說明當(dāng)電動(dòng)機(jī)剛接通電源，尚未轉(zhuǎn)起來時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小。(3)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)(，)：最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的位置對于評價(jià)機(jī)械特性來說，是十分重要的，今說明如下。1)電動(dòng)狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)是臨界轉(zhuǎn)矩，也叫最大轉(zhuǎn)矩

6、,是異步電動(dòng)機(jī)所能產(chǎn)生的最大電磁轉(zhuǎn)矩，其大小放映了電動(dòng)機(jī)的過載能力。是臨界轉(zhuǎn)速，它的大小決定了點(diǎn)的上下位置，從而主要反映了機(jī)械特性的硬度。2)回饋制動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)在回饋制動(dòng)時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的過載能力較電動(dòng)狀態(tài)時(shí)大，即回饋制動(dòng)的原理將在后面詳細(xì)介紹。二、制動(dòng)機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)中，凡電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)子的實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向相反的狀態(tài)，統(tǒng)稱為制動(dòng)狀態(tài)。121.回饋制動(dòng)（1）原理當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)便處于回饋制動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上處于發(fā)電的狀態(tài)，或者說，拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能被“再生”成電能了。其基本特征是：1）與同方向；2）（2

7、）機(jī)械特性回饋制動(dòng)的機(jī)械特性是電動(dòng)狀態(tài)機(jī)械特性向第二象限的延伸，如圖2-2-4所示。當(dāng)起重機(jī)放下重物時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速，故工作點(diǎn)順著原機(jī)械特性曲線1向第二象限移動(dòng)，直至電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與重物的牽引轉(zhuǎn)矩相等，這時(shí)的工作點(diǎn)已移至G點(diǎn)（）。當(dāng)變頻調(diào)速系統(tǒng)降速時(shí)，由于頻率降低，機(jī)械特性變成了曲線2。但由于拖動(dòng)系統(tǒng)的慣性，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不可能突變，因而工作點(diǎn)將從曲線1上的Q點(diǎn)（、）按轉(zhuǎn)速未變的原則“跳轉(zhuǎn)”到曲線2上。由于曲線2上與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的點(diǎn)是第二象限的B點(diǎn)，于是得到反方向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,使拖動(dòng)系統(tǒng)迅速降速。2.能耗制動(dòng)（直流制動(dòng)）（1）方法

8、和原理在定子繞組里通入直流電流，從而產(chǎn)生一個(gè)固定磁場。由于磁場不動(dòng)，所以，轉(zhuǎn)子繞組按其旋轉(zhuǎn)方向切割磁力線，從而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，直流制動(dòng)的原理與再生制動(dòng)十分類似，但它卻不能象再生制動(dòng)那樣把拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)能再生成電能反饋回去，而只能讓拖動(dòng)系統(tǒng)