变频技术

合理选用变频器的控制方式

变频器控制方式决定了由其构成的变频调速控制系统动态性能。目前市场上低压通用变频器品牌很多（欧、美、日及国产近百种），选用时不要认为档次越高越好，只要按负载特性、满足使用要求即可，以使构成的变频调速控制系统具高性能价格比。表3-2 给出变频器不同控制方式的技术参数。表3-2 变频器不同控制方式的技术参数注：直接转矩控制在带 PG 或编码器后速比可拓展至 1:1000；在带 PG 或编码器后静态速度精度可达 ±0.01%。

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变频调速系统的构成

要实现变频调速必须有频率可调的交流电源，但电力系统只能提供固定频率交流电，故需一套变频装置完成变频任务。早期采用旋转变频机组实现变频调速、因存在许多缺点基本被淘汰；现代变频器由大功率电子器件构成、相对旋转变频机组称静止式变频装置，是构成变频调速系统的核心环节。一个变频调速系统主要由静止式变频装置、交流电动机与控制电路三大部分组成，如图3-1 所示。静止式变频装置输入是三相恒频恒压电源、输出则是频率与电压均可调的三相交流电。变频调速系统控制电路比直流调速系统复杂，因被控对象为感应电动机、其电磁关系…

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变频调速系统的基频以下调速

为充分利用电动机铁芯材料，希望保持电动机每极磁通量为额定值不变。磁通太弱则铁芯未充分利用、造成浪费；磁通过大又使铁芯饱和、励磁电流剧增、绕组过分发热、功率因数降低、甚至损坏电动机，故调频运行时希望能保持磁通恒定、即实现恒磁通变频调速，这样调速时才能保持电动机最大转矩不变。对他励式直流电动机，因励磁系统独立、只要电枢反应补偿合适、保持磁通 Φm 不变很容易做到。对三相异步电动机，定子每相电动势有效值为：Eg=4.44f1N1KN1Φm　　(3-1)，式中 N1 为定子每相绕组串联匝数、KN1 为基…

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变频调速系统的基频以上调速

当电动机电压随频率增加而升高、已达到额定电压时，继续增加电压可能破坏绝缘，故在电动机达到额定电压后即使频率增加仍维持电压不变。这样电动机所能输出的功率由额定电压与额定电流乘积决定、不随频率变化。基频以上调速时频率可从基频往上增加、但电压不能超过额定电压，此时变频调速系统的电动机属于恒转矩调速。电动机恒转矩调速时磁通与频率成反比降低、相当于直流电动机弱磁升速。把基频以下与基频以上两种情况结合，可得图3-11 所示异步电动机变频调速控制特性：若电动机不同转速下都具有额定电流，则能在温升允许条件下长期…

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通用变频器构成的异步电动机开环调速系统

通用变频器开环控制的异步电动机调速系统控制框图如图3-4 所示（VVVF 为通用变频器、IM 为异步电动机）。该控制方案结构简单、可靠性高，但系统为开环控制、调速精度与动态响应不十分理想。低速范围随压频比减小、电压调整较困难，不能得到较大调速范围与较高精度。因异步电动机存在转差率、转速随负荷力矩变化而变动，即使采用具转差补偿与转矩提升功能的变频器，转速精度也难以达 0.5%，基本解决了平滑调速问题。因通用变频器压频比 U/f 恒定，其构成的速度开环通用变频调速系统只适用于要求不高、需调速的生产设…

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无速度传感器的矢量控制异步电动机变频调速系统

无速度传感器的矢量控制方式基于磁场定向控制理论发展而来。实现精确的磁场定向矢量控制需在异步电动机内安装磁通检测装置，而安装磁通检测装置很困难；但研究发现，即使不直接安装磁通检测装置，也可在通用变频器内部得到与磁通相应的量，由此得到无速度传感器的矢量控制方式。其基本控制思想是根据输入电动机铭牌参数、按转矩计算公式分别对励磁电流（或磁通）与转矩电流进行检测，并通过控制电动机定子绕组电压频率使励磁电流（或磁通）与转矩电流的指令值和检测值达到一致，从而实现矢量控制。采用高性能通用矢量控制变频器构成的无速…

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变频器调速系统的运行状态

变频器调速系统有电动与发电两种运行状态，如图2-1 所示。变频调速系统中电动机减速与停机通过逐渐减小频率实现，频率减小瞬间电动机同步转速随之下降、而因机械惯性转子转速未变。当同步转速 n1 小于转子转速 n 时，转子电流相位几乎改变 180°、电动机从电动状态转变为发电状态；同时电动机轴上的转矩变成制动转矩 Te、使转速迅速下降、处于再生制动状态。电动机再生的电能 P 经续流二极管全波整流后反馈到直流电路；因直流电路电能无法经整流桥回馈电网、仅靠变频器本身电容器吸收，虽然其他部分能消耗一定电能，…

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变频调速系统直流制动的实现

所谓“直流制动”，一般指当变频器输出频率接近为零、电动机转速降低到一定数值时，变频器改向异步电动机定子绕组通入直流。当异步电动机定子绕组通入直流电流时，所产生的磁场将是空间位置不变的恒定磁场。例如转子因惯性继续以转速 n 旋转时，转子绕组里感应电流及转子绕组所受电磁力的方向将形成与 n 方向相反的制动力矩；同时恒定磁场也力图将转子铁芯牢牢吸住、进一步促使转子迅速停下来。这种在定子绕组通入直流电流而使电动机迅速制动的方法称直流制动、也叫能耗制动。变频调速系统中直流制动主要用于消除驱动系统转速接近 …

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变频调速系统直流制动的设置

理论上若能控制电动机同步磁场转速缓慢下降，电动机发生同一转速特性跳转时特性曲线维持第一象限（图2-5(a) 虚线③），则降速过程可有效避免再生制动过程；当电动机转速小于临界转速 nk 时接入直流制动并控制直流能量大小与接入时间、理论上电动机仅经历有限能耗制动阶段、不会过热。直流制动主要设置 3 个内容，如图2-5(b) 所示。图2-5 直流制动的设定（1）开始转为直流制动时的起始频率 fdb。（2）施加于定子绕组的直流制动电压 Udb。因定子绕组直流电阻很小、直流制动电压调节范围通常为主电路直流…

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变频调速系统电阻制动与回馈制动的优缺点

利用设置在直流回路中的制动电阻吸收电动机再生电能的方式称电阻制动，如图2-6 所示。其优点是构造简单、对电网无污染（与回馈制动作比较）、成本低廉；缺点是运行效率低，特别是在频繁制动时消耗大量能量、制动电阻容量将增大。一般在通用变频器中，小功率变频器（22 kW 以下）内置制动单元、只需外加制动电阻；大功率变频器（22 kW 以上）需外置制动单元与制动电阻。图2-6 电阻制动原理图实现能量回馈制动要求电压同频、同相控制、回馈电流控制等条件，必须采用有源逆变技术将再生电能逆变为与电网同频率同相位交流…

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