变频调速是改变异步电动机的电源频率,以改变电动机同步转速的方法。
在异步电动机诸多的调速方法中,变频调速的性能最好,调速范围广,效率高,稳定性好。变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异,因而正获得越来越广泛的应用。
变频调速系统主要问题是要有符合调速性能的变频电源:
1.变频机组
早先作为变频电源,是由异步电动机拖动直流发电机,作为直流电动机的电源,再由直流电动机拖动交流发电机,通过调节直流电动机的转速,调节交流发电机所发交流电的频率,显然机组庞大,价格昂贵,噪声大,维护麻烦。
2.电子变频调速装置
随着现代电力电子技术的发展,尤其是电力电子器件技术的成熟,研制生产了多种电子变频调速装置,主要有交-直-交变频器和交-交变频器,能把电网供给的恒频恒压的交流电变换为频率和电压可调的交流电,供给三相异步电动机。
(1)交-直-交变压变频器
交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流,再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流,如图11-3-1所示。
图11-3-1 交-直-交变压变频器示意图
(2)交-交变压变频器
交-交变压变频器的基本结构如下图所示,它只有一个变换环节,把恒压恒频(CVCF)的交流电源直接变换成VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)输出,因此又称直接式变压变频器。
有时为了突出其变频功能,也称作周波变换器(Cycloconverter)。
交-交变压变频器的基本结构如图11-3-2所示。(www.daowen.com)
图11-3-2 交-交变压变频器示意图
3.变频调速方式
(1)基频以下的恒磁通变频调速
三相异步电动机电压和磁通的关系为
假如降低电源频率,而不降低电源电压,则必使φm增加。φm的增加,铁损急剧增加。为了保持电动机的负载能力,应保持气隙主磁通φm不变,在变频调速过程中,相应地调节电源电压,且保持两者的比值不变,即
适用场合:保持U1/f1为常数的比例控制方式适用于调速范围不太大或转矩随转速下降而减小的负载,例如风机、水泵等。
保持转矩T为常数的恒磁通控制方式适用于调速范围较大的恒转矩性质的负载,例如升降机械、搅拌机、传送带等。
(2)基频以上的弱磁变频调速
当电动机运行于额定转速以上时,定子频率f1将大于f1N,这时若保持恒磁通调速,必使U1大于U1N,这是不允许的,因为定子电压只能保持额定值不变。这样,在升频调速时,磁通就要小于额定值,从而导致转矩减小。但由于频率增加,转速上升了,实际上功率基本保持不变,即近似的恒功率调速方式。
适用场合:保持功率P为常数的恒功率控制方式适用于负载随转速的增高而变轻的地方,例如主轴传动、卷绕机等。
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