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)速拖動系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，它就是由變頻器供電的電動機帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。描述轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的關系稱為機械特性。電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)工作情況取決于電動機和負載的機械特性。因此，要學習變頻調(diào)速的控制原理，有必要了解負載的機械特性和電動機的機械特性?！?-1各類負載的機械特性分析負載的機械特性決定于負載阻轉(zhuǎn)矩的構成以及負載對工況的限制和要求。工礦企業(yè)中，生產(chǎn)機械的類型很多，它們的機械特性也各不相同。但大體上說，主要有三類：一、恒轉(zhuǎn)矩負載1.轉(zhuǎn)矩特點在不同的轉(zhuǎn)速下，負載的阻轉(zhuǎn)矩基本恒定：即負載阻轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速的高低無關，其機械特性曲線如圖2-1-1b)所示

2、。2.功率特點負載的功率和轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速之間的關系是,即負載功率與轉(zhuǎn)速成正比。3.典型實例帶式輸送機是恒轉(zhuǎn)矩負載的典型例子之一。負載轉(zhuǎn)矩的大小決定于傳動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，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。二、恒功率負載1.功率特點在不同的轉(zhuǎn)速下，負載的功率基本恒定：即負載功率的大小與轉(zhuǎn)速的高低無關。2.轉(zhuǎn)矩特點12即負載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速成反比。3.典型實例各種薄膜的卷取機械是恒功率負載的典型例子之一。其工作特點是：隨著“薄膜卷”的卷徑逐漸增大，卷取輥的轉(zhuǎn)速應該逐漸減小，以保持薄膜卷的線速度恒定，從而也保持了張力的恒定。負載

3、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，因此，在卷取過程中，拖動系統(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、二次方率負載1.轉(zhuǎn)矩特點負載的阻轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的二次方成正比：其機械特性曲線如圖2-1-3b)所示。2.功率特點負載的功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比：式中、－二方律負載的轉(zhuǎn)矩常數(shù)和功率常數(shù)。3.典型實例離心式風機和水泵都屬于典型的二次方率負載。以風扇葉片為例。事實上，即使在空載的情況下，電動機的輸出軸上，也會有損耗轉(zhuǎn)矩,如摩

4、擦轉(zhuǎn)矩等。因此，嚴格的講，其轉(zhuǎn)矩表達式應為：功率表達式為：式中－空載損耗?！?-2異步電動機的機械特性一、異步電動機的等效電路12常見的異步電動機的等效電路。一、固有機械特性電動機內(nèi)電流和磁場的相互作用的結果是產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩。以異步電動機為例，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)；異步電動機的機械特性。如果式2-2-1中各參數(shù)均處于額定狀態(tài)，電動機按規(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）時所獲得的機械特性稱為異步電動機的固有機械特性。固有機械特性曲線的形狀主要決定于以下三點：(1

5、)理想空載點：理想空載點E的位置主要反映了理想空載轉(zhuǎn)速的大小。在異步電動機中，理想空載轉(zhuǎn)速就是旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)：(2)起動點()：起動點主要說明當電動機剛接通電源，尚未轉(zhuǎn)起來時的起動轉(zhuǎn)矩的大小。(3)最大轉(zhuǎn)矩點(，)：最大轉(zhuǎn)矩點的位置對于評價機械特性來說，是十分重要的，今說明如下。1)電動狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩點是臨界轉(zhuǎn)矩，也叫最大轉(zhuǎn)矩,是異步電動機所能產(chǎn)生的最大電磁轉(zhuǎn)矩，其大小放映了電動機的過載能力。是臨界轉(zhuǎn)速，它的大小決定了點的上下位置，從而主要反映了機械特性的硬度。2)回饋制動最大轉(zhuǎn)矩點在回饋制動時異步電動機的過載能力較電動狀態(tài)時大，即回饋制動的原理將在后面詳細介紹。二、制動

6、機械特性電動機中，凡電磁轉(zhuǎn)矩的方向和轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)方向相反的狀態(tài)，統(tǒng)稱為制動狀態(tài)。121.回饋制動（1）原理當異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速時，電動機便處于回饋制動狀態(tài)。這時的異步電動機實際上處于發(fā)電的狀態(tài)，或者說，拖動系統(tǒng)的動能被“再生”成電能了。其基本特征是：1）與同方向；2）（2）機械特性回饋制動的機械特性是電動狀態(tài)機械特性向第二象限的延伸，如圖2-2-4所示。當起重機放下重物時，因為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速，故工作點順著原機械特性曲線1向第二象限移動，直至電磁制動轉(zhuǎn)矩與重物的牽引轉(zhuǎn)矩相等，這時的工作點已移至G點（）。當變頻調(diào)速系統(tǒng)降速時，由于頻率降低，機械特性變成了曲線2。

7、但由于拖動系統(tǒng)的慣性，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速不可能突變，因而工作點將從曲線1上的Q點（、）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)速對應的點是第二象限的B點，于是得到反方向的制動轉(zhuǎn)矩,使拖動系統(tǒng)迅速降速。2.能耗制動（直流制動）（1）方法和原理在定子繞組里通入直流電流，從而產(chǎn)生一個固定磁場。由于磁場不動，所以，轉(zhuǎn)子繞組按其旋轉(zhuǎn)方向切割磁力線，從而產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，直流制動的原理與再生制動十分類似，但它卻不能象再生制動那樣把拖動系統(tǒng)的動能再生成電能反饋回去，而只能讓拖動系統(tǒng)