5.3 异步电动机的变压变频调速解析
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交流异步电动机变频调速原理在异步电动机调速系统中,调速性能最好、应⽤最⼴的系统是变压变频调速系统。
在这种系统中,要调节电动机的转速,须同时调节定⼦供电电源的电压和频率,可以使机械特性平滑地上下移动,并获得很⾼的运⾏效率。
但是,这种系统需要⼀台专⽤的变压变频电源,增加了系统的成本。
近来,由于交流调速⽇益普及,对变压变频器的需求量不断增长,加上市场竞争的因素,其售价逐渐⾛低,使得变压变频调速系统的应⽤与⽇俱增。
下⾯⾸先叙述异步电动机的变压变频调速原理。
交流异步电动机变频调速原理:变频器是利⽤电⼒半导体器件的通断作⽤把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。
现在使⽤的变频器主要采⽤交—直—交⽅式(VVVF变频或⽮量控制变频),先把⼯频交流电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。
变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、再次整流(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。
交-直部分整流电路:由VD1-VD6六个整流⼆极管组成不可控全波整流桥。
对于380V的额定电源,⼀般⼆极管反向耐压值应选1200V,⼆极管的正向电流为电机额定电流的1.414-2倍。
(⼆)变频器元件作⽤电容C1:是吸收电容,整流电路输出是脉动的直流电压,必须加以滤波,变压器是⼀种常见的电⽓设备,可⽤来把某种数值的交变电压变换为同频率的另⼀数值的交变电压,也可以改变交流电的数值及变换阻抗或改变相位。
压敏电阻:有三个作⽤,⼀过电压保护,⼆耐雷击要求,三安规测试需要.热敏电阻:过热保护霍尔:安装在UVW的其中⼆相,⽤于检测输出电流值。
选⽤时额定电流约为电机额定电流的2倍左右。
充电电阻:作⽤是防⽌开机上电瞬间电容对地短路,烧坏储能电容开机前电容⼆端的电压为0V;所以在上电(开机)的瞬间电容对地为短路状态。
如果不加充电电阻在整流桥与电解电容之间,则相当于380V电源直接对地短路,瞬间整流桥通过⽆穷⼤的电流导致整流桥炸掉。
异步电动机变频调速控制线路解析
变频调速的功能是将电网电压提供的恒压恒频交流电变换为变压变频的交流电,它是通过平滑改变异步电动机的供电频率f来调节异步电动机的同步转速n0。
从而实现异步电动机的无级调速。
这种调速方法由于调节同步转速n0,故可以由高速到低速保持有限的转差率,效率高、调速范围大,精度高,是交流变频电机一种比较理想的调速方法。
由于电动机每极气隙主磁通¢m要受到电源频率f的影响,所以实际调速控制方式中要保持定子电压U1与其频率f为常数这一基本原则。
由于变频调速技术日趋成熟,故把实现交流电动机调速装置做成产品即变频器。
按变频器的变频原理可分为:交—交变频器和交—直—交变频器。
随着现代通信载波技术及电力电子技术的发展,PMW(输出电压调宽不调幅)变频器已成为当今变频器的主流。
交—交变频器和交—直—交变频器的结构如图1所示。
交—交变频器也称直接变频器,它没有明显的中间滤波环节,电网交流电被直接变成可调频调压的交流电。
交—直—交变频器也称间接变频器,它先将电网交流电转换为直流电,经过中间滤波环节之后,再进行逆变才能转换为变频变压的交流电。
实验五 三相异步电机变频调速系统实验一、实验目的(1)掌握SPWM 的调速基本原理和实现方法。
(2)掌握马鞍波变频的调速基本原理和实现方法。
(3)掌握SVPWM 的调速基本原理和实现方法。
二、实验原理异步电机转速基本公式为:60(1)f n s p =- 其中n 为电机转速,f 为电源频率,p 为电机极对数,s 为电机的转差率。
当转差率固定在最佳值时,改变f 即可改变转速n 。
为使电机在不同转速下运行在额定磁通,改变频率的同时必须成比例地改变输出电压的基波幅值。
这就是所谓的VVVF (变压变频)控制。
工频50Hz 的交流电源经整流后可以得到一个直流电压源。
对直流电压进行PWM 逆变控制,使变频器输出PWM 波形中的基波为预先设定的电压/频率比曲线所规定的电压频率数值。
因此,这个PWM 的调制方法是其中的关键技术。
目前常用的变频器调制方法有SPWM ,马鞍波PWM ,和空间电压矢量PWM 等方式。
(1)SPWM 变频调速方式:正弦波脉宽调制法(SPWM )是最常用的一种调制方法,SPWM 信号是通过用三角载波信号和正弦信号相比较的方法产生,当改变正弦参考信号的幅值时,脉宽随之改变,从而改变了主回路输出电压的大小。
当改变正弦参考信号的频率时,输出电压的频率即随之改变。
在变频器中,输出电压的调整和输出频率的改变是同步协调完成的,这称为VVVF (变压变频)控制。
SPWM 调制方式的特点是半个周期内脉冲中心线等距、脉冲等幅,调节脉冲的宽度,使各脉冲面积之和与正弦波下的面积成正比例,因此,其调制波形接近于正弦波。
在实际运用中对于三相逆变器,是由一个三相正弦波发生器产生三相参考信号,与一个公用的三角载波信号相比较,而产生三相调制波。
如图4-1所示。
图5-1 正弦波脉宽调制法(2)马鞍波PWM变频调速方式前面已经说过,SPWM信号是由正弦波与三角载波信号相比较而产生的,正弦波幅值与三角波幅值之比为m,称为调制比。
三相异步电动机的变频调速)1(60)1(n n 0s pfs -=-= : 改变s 、f 、p ,即可实现3种调速 P —电机磁极对数;f —电机运行频率;s —滑差(转差率)改变定子绕组供电电源频率调速-变频调速)1(60)1(n n 0s pfs -=-=N f 以下:m Ns s s s k fN E U Φ=≈44.4,为不使磁通饱和,必须同时降压N f 以上:受绝缘耐压限制,电压只能维持额定,磁通必随频率上升而下降。
一、 在额定转速以下保持f E s为常数的变频调速Rs Xs Is ·Im·Er'=Es ··-+Xr'Rr'Ir'·1-s s Rr'Us ·+-不计Rm后三相异步电动机的T型等值电路由4-39、4-78、4-88,有 s RI f 2p 3T 'r2'r emπ=而s'r 2'r 2'r'r 'r E E ,X s R E I =+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2'r 2'r 'r2s emX s R 1s R f f E 2p 3T +⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛π= 令dT/ds=0,可得'r 'rcr X R s ±=对应转速:n n pL 2R 60p f 60)s 1(n n 0'r'rcr 0cr ∆-=π-=-=; 对同一电机n ∆为与0n 无关的常数,最大电磁转矩'r2s maxL 41f E 2p 3T π⎪⎭⎫ ⎝⎛π=,与f 无关,为常数。
机械特性:Tmaxn f11f12f13T n01n02n03nn nΔΔ Δ负载能力:Es/f=常数的变频调速属恒转矩调速 证明见〖参考文献1,P329~P330〗。
实现:Es 测量困难,用保持Us/f=常数近似。