變頻技術(shù)

1、變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方案的選擇變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方案的選擇劉亮喜（上海金山石化公司）徐潮昆（浙江中源電氣有限公司）摘要：要：本文討論了三相異步電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)；無(wú)傳感器矢量變頻器異步調(diào)速系統(tǒng)；矢量變頻器閉環(huán)異步變頻調(diào)速系統(tǒng)；永磁同步電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)四種控制方案。文中還就這四種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析比較，指出它們各自的適用范圍。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：三相異步電動(dòng)機(jī)、三相稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)、通用變頻器、矢量控制變頻器、轉(zhuǎn)速編碼器、開(kāi)環(huán)和閉

2、環(huán)控制一、一、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)不論三相異步電動(dòng)機(jī)還是三相同步電動(dòng)機(jī)，它們的轉(zhuǎn)速N公式為：N0=60FP（同步電動(dòng)機(jī)）N=N0(1S)=60FP(1S)（異步電動(dòng)機(jī)）式中：F頻率；P極對(duì)數(shù)；S轉(zhuǎn)差率（0～3%或0～6%）。由轉(zhuǎn)速公式可見(jiàn)，只要設(shè)法改變?nèi)嘟涣麟妱?dòng)機(jī)的供電率F，就十分方便地改變了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速N。比改變極對(duì)數(shù)P和轉(zhuǎn)差率S兩個(gè)參數(shù)簡(jiǎn)單得多，特別是近二十多年來(lái)，靜態(tài)電力變頻調(diào)速器突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使得三

3、相交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速成為當(dāng)前電氣調(diào)速的主流。實(shí)際上僅僅改變電動(dòng)機(jī)的頻率并不能獲得良好的變頻特性。例如：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的三相異步電動(dòng)機(jī)，380V，50Hz。如果電壓不變，只改變頻率，會(huì)產(chǎn)生什么問(wèn)題？380V不變，頻率下調(diào)(50Hz)，則使磁通減弱。所以，真正應(yīng)用變頻調(diào)速時(shí)，一般需要同時(shí)改變電壓和頻率，以保持磁通基本恒定。因此，變頻調(diào)速器又稱(chēng)為VVVF(VariableVoltageVariableFrequency)裝置。二、二、交流電動(dòng)機(jī)變頻

4、調(diào)速四種控制方案的分析交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速四種控制方案的分析根據(jù)生產(chǎn)的要求，變頻器的型式和電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)，會(huì)出現(xiàn)多種多樣的變頻調(diào)速控制方案。這里只討論交直交(AcDcAc)變頻器。至于交交循環(huán)變頻器（AcAc相控變頻）以及自同步控制逆變器（不論AcAc方式還是AcDcAc方式），即俗稱(chēng)無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)，均不展開(kāi)討論。1、開(kāi)環(huán)控制的通用變頻器三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖1所示。圖1開(kāi)環(huán)異步機(jī)變頻調(diào)速VVVF通用變頻器IM異步電動(dòng)機(jī)然而

5、，帶速度傳感器矢量控制變頻器的異步機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速技術(shù)性能雖好，但是畢竟它需要在異步電動(dòng)機(jī)軸上安裝速度傳感器，嚴(yán)格地講，已經(jīng)降低了異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠性高的特點(diǎn)。況且，在某些情況下，由于電動(dòng)機(jī)本身或環(huán)境的因素?zé)o法安裝速度傳感器。再則，多了反饋電路和環(huán)節(jié)，也增加了出故障的機(jī)率。因此，如若非采用不可的情況下，對(duì)于調(diào)速范圍、轉(zhuǎn)速精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)要求不是特別高的條件場(chǎng)合，往往采用無(wú)速度傳感器矢量變頻器開(kāi)環(huán)控制異步機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。4、永磁同步電動(dòng)

6、機(jī)開(kāi)環(huán)控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)控制框圖如圖4所示。圖4永磁同步電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)控頻調(diào)速SM同步電動(dòng)機(jī)（PM.SM）制變永磁式假如將圖1中異步電動(dòng)機(jī)(IM)換成永磁同步電動(dòng)機(jī)(PM.SM)，就是第四種變頻調(diào)速控制方案。又具有控制電路簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)。至于調(diào)速性能如何呢？由于是同步電動(dòng)機(jī)，它轉(zhuǎn)速始終等于同步轉(zhuǎn)速N0=60FP，只取決于電動(dòng)機(jī)供電頻率F，而與負(fù)載大小無(wú)關(guān)（除非負(fù)載力矩大于或等于失步轉(zhuǎn)矩，同步電動(dòng)機(jī)會(huì)失步，轉(zhuǎn)速迅速停止），其機(jī)械特性曲線(xiàn)

7、為一根平行橫軸直線(xiàn)，絕對(duì)硬特性。如果采用高精度的變頻器（數(shù)字設(shè)定頻率精度可達(dá)0.01%），在開(kāi)環(huán)控制情形下，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速精度亦為0.01%。因?yàn)橥诫妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速精度與變頻器頻率精度相一致（在開(kāi)環(huán)控制方式時(shí)），所以特別適合多電機(jī)同步傳動(dòng)，靜態(tài)轉(zhuǎn)速精度要求甚高(0.5～0.01%)的化纖紡絲機(jī)，是最理想最簡(jiǎn)單的首選方案。至于同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)問(wèn)題，若采用通用變頻器VF控制，響應(yīng)速度較慢；若采用夭量控制就頻器，響應(yīng)速度很快。三