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如何实现U/f恒定控制:优化方案

【摘要】:在绕组中的感应电动势很难直接控制,当定子侧交流电频率f1较高时,电动势E·1的值较高,可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降,认为:U1≈E1=4.44f1N1KN1Φm,有:U1/f1=C,也称为恒压频比的控制方式,近似为恒转矩调速。图2-7 恒压变频比控制特性曲线

为了保证在改变定子侧频率f1进行调速时,不影响异步电动机的运行性能,保持主磁通Φm不发生改变,由式(2-28)可以知道:主磁通Φm是由电动势E1电源频率f1共同决定的,对E1f1进行适当控制,就可以保持主磁通Φm在额定值不发生改变。

1.基频以下E1/f1=C调速控制方式

当定子绕组电源频率在基频以下时,即f1<f1N,定子侧电压U1保持不变,由于E1基本保持不变,根据式(2-28)可以知道Φm会上升,会造成励磁电流的急剧升高,铁心严重过热。另外,在负载不变的时候,为保持电动机的负载能力,则需要保持Φm不随供电频率f1变化,这样则要求在降低供电频率f1的同时也要降低定子感应电动势E1,这种方法为恒定的电动势频率比控制方式,即:E1/f1=C。由式(2-29)可以知道,Φm保持不变,则电动机电磁转矩Te保持恒定,可以获得恒转矩的调速特性。

2.基频以下U1/f1=C调速控制方式

由电机学知识,异步电动机相电压U·1与相电动势E·1的关系为

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式中 r1——定子每相电阻值;

x1——定子每相漏磁电抗;

Z1——定子每相绕组漏磁阻抗;

L1——定子每相绕组漏电感系数;

rm——定子励磁电阻值;

Zm——励磁阻抗;

Lm——定子励磁电感系数。

在绕组中的感应电动势很难直接控制,当定子侧交流电频率f1较高时,电动势E·1的值较高,可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降,认为:U1E1=4.44f1N1KN1Φm,有:U1/f1=C,也称为恒压频比的控制方式,近似为恒转矩调速。

在定子侧交流电频率f1较低时,相电压U·1E·1都较小,定子绕组漏磁阻抗Z1上的压降I·1Z1所占的分量就比较大,不能忽略。这时,可以把电压U·1抬高一些,以便近似地补偿定子压降I·1Z1,补偿程度的大小可以根据实际调速系统的工作情况确定。恒压变频比控制特性曲线如图2-7所示,图中特性曲线1为有电压补偿,曲线2为无补偿的控制特性,实际情况可以根据负载加以选择。

U1/f1=C调速控制方式,其特点是控制电路结构简单、成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化,转矩响应慢、电动机转矩利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等。

3.基频以上调速控制方式

当定子绕组电源频率在基频以上时,即f1>f1N,由于受到电动机定子侧额定电压的限制,在调节f1使电动机转速升高时,电压U1不能随着f1比例上调,电压U1保持额定U1N不变,所以E1基本保持不变,根据式(2-28)可以知道Φm会下降,由式(2-29)可以知道电动机电磁转矩Te会下降,为保证电动机正常运行仍需满足Te>TLTL为负载转矩。

在这种控制方式下,电动机的机械功率Pm基本保持不变,如式(2-34),即转速与转矩的乘积基本不变。因此,这种控制方式称为恒功率控制方式。

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图2-7 恒压变频比控制特性曲线