类负载;其缺点是低速时损耗大,效率低。 ⑷串极调速
前面介绍的定子调压调速、转子变电阻调速、电磁转差离合 器调速均存在着转差功率损耗较大、效率低的问题,是很大的浪费。如何能够将消耗于转子电阻上的功率利用起来,同时又能提高调速性能?串极调速就是在这样的指导思想下提出来的。 串极调速的基本思想是将转子中的转差功率通过变换装置加以利用,以提高设备的效率。
串极调速的工作原理实际上是在转子回路中引入了一个与转子绕组感应电动势频率相同的可控的附加电动势,通过控制这个附加电动势的大小,来改变转子电流的大小,从而改变转速。见下图。
串极调速具有机械特性比较硬、调速平滑、损耗小、效率高等优点,便于向大容量发展,但它也存在着功率因素较低的缺点。 3. 改变频率f (变频调速)
当极对数p不变时,电动机转子转速与定子电源频率成正比,因此,连续的改变供电电源的频率,就可以连续平滑的调节电动机的转速。
异步电动机变频调速具有调速范围广、调速平滑性能好、机械特性较硬的优点,可以方便的实现恒转矩或恒功率调速,整个调速特性与直流电动机调压调速和弱磁调速十分相似,并可与直
流调速相比美。 三. 异步电动机变频调速
1.变频器与逆变器、斩波器
变频调速是以变频器向交流电动机供电,并构成开环或闭环系统。变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的变换器,是异步电动机变频调速的控制装置。逆变器是将固定直流电压变换成固定的或可调的交流电压的装置(DC-AC变换)。将固定直流电压变换成可调的直流电压的装置称为斩波器(DC-DC变换)。 2.变压变频调速(VVVF)
在进行电机调速时,通常要考虑的一个重要因素是,希望保持电机中每极磁通量为额定值,并保持不变。
如果磁通太弱,即电机出现欠励磁,将会影响电机的输出转矩,由
TM=KT ??M I 2 COS ????????
?(式中
TM :电磁转矩,??M :主磁通,I 2 :转子电流,COS ????:
转子回路功率因素,KT :比例系数),可知,电机磁通的减小,势必造成电机电磁转矩的减小。
由于电机设计时,电机的磁通常处于接近饱和值,如果进一步增大磁通,将使电机铁心出现饱和,从而导致电机中流过很大的励磁电流,增加电机的铜损耗和铁损耗,严重时会因绕组过热而损坏电机。
因此,在改变电机频率时,应对电机的电压进行协调控制,以维持电机磁通的恒定。
为此,用于交流电气传动中的变频器实际上是变压(Variable Voltage,简称VV)变频(Variable Frequency,简称VF)器,即VVVF。所以,通常也把这种变频器叫作VVVF装置或VVVF。
根据异步电动机的控制方式不同,变压变频调速可分为恒定压频比(V/F)控制变频调速、矢量控制(FOC)变频调速、 直接转矩控制变频调速等。 3.变频器分类
⑴从变频器主电路的结构形式上可分为交-直-交变频器和交-交变频器。
交-直-交变频器首先通过整流电路将电网的交流电整流成直流电,再由逆变电路将直流电逆变为频率和幅值均可变的交流电。交-直-交变频器主电路结构如下图。
AC整流恒压恒频DC逆变中间直流环节AC变压变频 交-交变频器把一种频率的交流电直接变换为另一种频率的交流电,中间不经过直流环节,又称为周波变换器。它的基本结构如下图所示。
正向组~iu负载-u0+常用的交-交变频器输出的每一相都是一个两组晶闸管整流装置反并联的可逆线路。正、反向两组按一定周期相互切换,在负载上就获得交变的输出电压u 0。输出电压u 0的幅值决定于各组整流装置的控制角?,输出电压u 0的频率决定于两组整流装置的切换频率。如果控制角?一直不变,则输出平均电压是方波,要的到正弦波输出,就在每一组整流器导通期间不断改变其控制角。?
对于三相负载,交-交变频器其他两相也各用一套反并联的可逆线路,输出平均电压相位依次相差????。?
交-交变频器由其控制方式决定了它的最高输出频率只能达到电源频率的???~???,不能高速运行,这是它的主要缺点。
-反向组+ 但由于没有中间环节,不需换流,提高了变频效率,并能实现四象限运行,因而多用于低速大功率系统中,如回转窑、轧钢机等。?
⑵从变频电源的性质上看,可分为电压型变频器和电流型变频器。
对交-直-交变频器,电压型变频器与电流型变频器的主要区别在于中间直流环节采用什么样的滤波器。
电压型变频器的主电路典型形式如下图。在电路中中间直流环节采用大电容滤波,直流电压波形比较平直,使施加于负载上的电压值基本上不受负载的影响,而基本保持恒定,类似于电压源,因而称之为电压型变频器。
AC整流DCCd中间直流环节AC逆变 电压型变频器逆变输出的交流电压为矩形波或阶梯波,而电流的波形经过电动机负载滤波后接近于正弦波,但有较大的谐波分量。
由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电