1.2 變頻調(diào)速的控制方式
1.2.1保持V/f比恒定
保持V/f比恒定控制室異步電動機(jī)變頻調(diào)速的最基本控制方式。它在控制電動機(jī)電源頻率的同時控制變頻器的輸出電壓,并使二者之比V/f保持恒定,從而使電動機(jī)的磁通基本保持恒定。當(dāng)電動機(jī)的電源頻率變化時,若電動機(jī)電壓不隨著改變,那么電動機(jī)的磁通將會出現(xiàn)飽和或欠勵磁。磁通出現(xiàn)飽和后會造成電動機(jī)中流過很大的勵磁電流,增加電動機(jī)的銅損耗和鐵損耗;當(dāng)電動機(jī)出現(xiàn)欠勵磁時,將會影響電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
V/f比恒定控制常用在通用變頻器上。這類變頻器主要用于風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速節(jié)能,以及對調(diào)速范圍要求不高的場合。V/f比恒定控制的突出優(yōu)點是可以進(jìn)行電動機(jī)的開環(huán)速度控制。
V/f比恒定控制存在的主要問題是低速性能較差。其原因是低速時異步電動機(jī)定子電阻壓降所占比重增大,已不能忽略,不能認(rèn)為定子電壓和感應(yīng)電動勢近似相等。仍按V/f比恒定控制以不能保持電動機(jī)磁通恒定。電動機(jī)磁通的減小,勢必造成電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的減小。
對磁通進(jìn)行閉環(huán)控制是改善V/f比恒定控制性能十分有效的方法。采用磁通控制后電動機(jī)的電流波形得到了明顯的改善。
1.2.2 保持輸出轉(zhuǎn)矩為常數(shù)(恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速)
所謂恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速有兩種含義:
(1)負(fù)載具有恒轉(zhuǎn)矩特性。例如起重機(jī)械之類的位能性夫在需要電動機(jī)提供與速度基本無關(guān)的恒定轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性,即在不同轉(zhuǎn)速時負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載進(jìn)行調(diào)速時,即使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降或上升,電動機(jī)仍可輸出恒定轉(zhuǎn)矩。像這種轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速變化的調(diào)速方式稱之為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。
(2)電動機(jī)在速度變化的動態(tài)過程中,具有輸出恒定轉(zhuǎn)矩的能力。在電動機(jī)加速或減速的過程中,為了縮短過渡過程的時間,在電動機(jī)機(jī)械強(qiáng)度和電動機(jī)溫升等條件容許范圍內(nèi)使電動機(jī)產(chǎn)生足夠大的加速或制動轉(zhuǎn)距。即使電動機(jī)保持輸出恒定的最大轉(zhuǎn)矩。
1.2.3 保持輸出功率轉(zhuǎn)矩為常數(shù)(恒功率調(diào)速)
與恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速相類似,恒功率調(diào)速亦包含兩種含義:
(1)負(fù)載具有恒功率的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性。恒功率的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性質(zhì)的是負(fù)載在速度變化時,需要電動機(jī)提供的功率恒定,下述類型的負(fù)載需要電動機(jī)具有此特性:
1)對同一臺軋鋼機(jī),在軋制小件時用高速軋制,軋制大件時用低速軋制。因低速時軋制量大,故需較大轉(zhuǎn)矩。
2)當(dāng)車床以同一圓周速度加工不同直徑的工件時,假定切刀的切削力相等,則工件直徑小的時候轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)矩小,工件直徑大的時候轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大;
3)當(dāng)卷繞機(jī)用同樣的張力卷繞同一速度出來的板材或線材時,因開始卷繞的圓筒直徑小,因此用較小的轉(zhuǎn)矩即可,但轉(zhuǎn)速較高。
隨著不斷的卷繞,卷筒直徑變粗,轉(zhuǎn)矩隨之變大,轉(zhuǎn)速相應(yīng)變低。
4)運輸機(jī)械在運輸重物時速度慢,輕載時速度快。無論是高速和低速,所需動力不變。
對上述負(fù)載進(jìn)行調(diào)速時,隨著速度的變化電動機(jī)應(yīng)能滿足負(fù)載的變轉(zhuǎn)矩要求。
(2)電動機(jī)具有輸出恒功率能力。當(dāng)電動機(jī)隨著頻率的增加而升高時,若電動機(jī)的電壓已經(jīng)達(dá)到電動機(jī)的額定電壓,繼續(xù)增加電壓有可能破壞電動機(jī)的絕緣。為此,在電動機(jī)達(dá)到額定電壓后,即使頻率增加仍維持電動機(jī)電壓不變。這樣電動機(jī)的輸出功率有電動機(jī)的額定電壓和額定電流的乘積所決定,不隨頻率的變化而變化。即具有恒定功率特性。
使用 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動變轉(zhuǎn)矩負(fù)載,例如使用風(fēng)機(jī)、水泵時,速度變化到低速時電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩仍有剩余,因此恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速電動機(jī)可以滿足調(diào)速要求。但是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的電動機(jī)驅(qū)動恒功率負(fù)載時,低速轉(zhuǎn)矩可能不能滿足負(fù)載要求。
異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速時,通常在基頻以下采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,基頻以上采用恒功率調(diào)速。
1.2.4 矢量控制
矢量控制是高性能異步電動機(jī)的控制方式。它基于電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型分別控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流和激勵電流,具有與直流電動機(jī)類似的控制功能。
矢量控制與標(biāo)量控制的主要區(qū)別是,前者不僅控制電流的大小,而且控制電流的相位。而標(biāo)量控制只控制電流的大小。