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变频调速系统加减速过程及设置

发布日期:2018-01-23 作者:网络
 7.1变频调速原理及加减速过程

 

1.变频调速原理

 

变频调速是通过改变电动机定子绕组供电的频率来达到调速的目的,当在定子绕组上接入三相交流电时,在定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转磁场,它与转子绕组产生相对运动,使转子绕组产生感应电势,出现感应电流,此电流与旋转磁场相互作用,产生电磁转矩,使电动机旋转起来。电动机磁场的转速称为同步转速,用N表示

N=60f/p                                           7-1


式中:f为三相交流电源频率,一般为50Hzp为磁极对数。当p=1时,N=3000r/minp=2时,N=1500r/min


由式(1-10)可知磁极对数p越多,转速N越慢。转子的实际转速n比磁场的同步转速N要慢一点,所以称为异步电动机,这个差别用转差率s表示:

s=[n1n]/n1]×100%                                   7-2


当异步电动机定子绕组加上电源而转子尚未转动瞬间,n=0,这时s=1;启动后的极端情况n=N,则s=0,即s01之间变化。一般异步电动机在额定负载下的s=16%。综合式(7-1)和式(7-2)可以得出

n=60f1-s/p                                   7-3


由式(7-3)可以得出,对于标准的异步电动机,其磁极对数p已经确定,转差率s变化不大,则异步电动机的转速n与电源频率f成正比,因此改变输入电源的频率就可以改变异步电动机的同步转速,进而达到异步电动机调速的目的。


但是,为了保持在调速时电动机的最大转矩不变,必须维持电动机的磁通量恒定,因此电动机定子的供电电压也要作相应调节。变频器就是在调整电动机电源频率(VariableFrequency)的同时还要调整电压(VariableVoltage)的变换装置,故简称VVVF(装置)。


 

2.变频调速系统的加减速过程

 

1)变频调速系统的加速过程

变频器的输出频率从fX1上升至fX2的加速过程如图7-1所示。当频率fX上升时,电动机定子旋转磁场的同步转速n0随即也上升,但电动机转子的转速nM因为有惯性而不能立即跟上。结果是转差Δn增大了,导体内的感应电动势和感应电流也增大。为此,在电动机的加速过程中,必须处理好加速的快慢与拖动系统惯性之间的矛盾。在生产实过程中,变频调速系统的加速过程属于不进行生产的过渡过程,从提高生产率的角度出发,加速过程应该越短越好。由于变频调速系统系统存在着惯性,如果加速过程太快,电动机转子的转速nM将跟不上电动机定子旋转磁场的同步转速的上升,转差Δn增大,引起加速电流的增大,若达到过流限值而使变频器跳闸。所以,在设置加速过程参数时,必须折中处理的问题是,在防止加速电流过大的前提下,尽可能地缩短加速过程。

 

 

2)变频调速系统的减速过程

在变频调速系统中,电动机转速从较高转速降至较低转速的过程称为减速过程。在变频调速系统中,电动机的减速过程是通过降低变频器的输出频率来实现减速的,电动机的转速从n1下降至n2,即变频器的输出频率从fX1下降至fX2的减速过程,如图7-2所示。

 

 

当频率刚下降的瞬间,旋转磁场的转速(同步转速)立即下降,但由于拖动系统具有惯性的缘故,电动机转子的转速不可能立即下降。此时,电动机转子的转速超过了同步转速,转子绕组切割磁场的方向和原来相反了。从而,转子绕组中感应电动势和感应电流的方向,以及所产生的电磁转矩的方向都和原来相反了,电动机处于发电动机状态。由于所产生的转矩和转子旋转的方向相反,能够促使电动机的转速迅速地降下来,该状态称为再生制动状态。


电动机在再生制动状态发出的电能,将通过和逆变开关管反向并联的二极管全波整流后反馈到直流电路,使直流电路的电压UD升高,称为泵升电压。如果直流电压UD升得太高,将导致整流器和逆变器的器件损坏。所以,当UD上升到一定限值时,须通过能耗电路(制动电阻和制动单元)放电,把直流回路内多余的电能消耗掉。


变频调速系统的减速过程和加速过程相同,在变频调速系统的减速过程属于不进行生产的过渡过程,故减速过程应越短越好。由于变频调速系统存在着惯性的原因,频率下降得太快了,电动机转子的转速nM将跟不上电动机定子旋转磁场同步转速的下降,转差Δn增大,引起再生电流的增大和直流回路内泵升电压的升高,甚至可能超过设置的限值,导致变频器因过电流或过电压而跳闸。所以,在设置系统减速过程参数时,必须在防止减速电流过大和直流电压过高的前提下,尽可能地缩短减速过程。

 
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