第四講變頻調(diào)速的基本控制方式課件

異步電動機變壓變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)第一章主講教師：杜春水山東大學(xué)11/23/20221異步電動機變壓變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)第一章主講教師：杜春水山東大學(xué)概述由于在調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范圍寬，無論是高速還是低速時效率都較高，在采取一定的技術(shù)措施后能實現(xiàn)高動態(tài)性能，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。異步電機的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱為變頻調(diào)速系統(tǒng)。因此現(xiàn)在應(yīng)用面很廣，是本篇的重點。11/23/20222概述由于在調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的性能而深受各行業(yè)的普遍歡迎，并已取得了顯著的社會效益。電力軋鋼造紙化工煤炭紡織船舶機床航天航空廣泛應(yīng)用：11/23/20223目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的性能而深受各1.3變頻調(diào)速的基本控制方式

變頻調(diào)速的基本原理充分利用電機繞組鐵芯和繞組的截面積主要特征：Tmax為常數(shù)變頻調(diào)速光調(diào)頻行嗎？？11/23/202241.3變頻調(diào)速的基本控制方式變頻調(diào)速的基本原理充分利用電一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性異步電機的轉(zhuǎn)速n與定子供電頻率之間有以下關(guān)系：（1-29）

從上式可知，只要平滑地調(diào)節(jié)異步電機定子的供電頻率f1，同步轉(zhuǎn)速n0隨之改變，就可以平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，從而實現(xiàn)異步電機的無級調(diào)速，這就是變頻調(diào)速的基本原理。11/23/20225一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性異步電機的轉(zhuǎn)速n與定子供電頻率在進行電機調(diào)速時，常須考慮的一個重要因素是：

----希望保持電機中每極磁通量m為額定值不變。

如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵芯，是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性11/23/20226在進行電機調(diào)速時，常須考慮的一個重要因素是：-對于直流電機，勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a償，m保持不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通m由定子和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就需要費一些周折了。一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性11/23/20227對于直流電機，勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a償，（1-30）

式中

Es—氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值（V）—定子頻率（Hz）；

f1—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；

Ns—基波繞組系數(shù)；

kNs—每極氣隙磁通量(Wb)。m

定子每相電動勢由式（1-30）可知，只要控制好Eg和f1，便可達到控制磁通m

的目的，對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。11/23/20228（1-30）式中Es—氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方式

由式（1-18）機械特性方程式可以看出，對于同一組轉(zhuǎn)矩Te

和轉(zhuǎn)速n（或轉(zhuǎn)差率s）的要求，電壓Us和頻率1

可以有多種配合。在Us和1的不同配合下機械特性也是不一樣的，因此可以有不同方式的電壓－頻率協(xié)調(diào)控制。（1-18）

11/23/20229電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方式由式所謂調(diào)速方式：是指在電機得到充分利用的條件下，電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。電機常用的有兩種典型調(diào)速方式：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式和恒功率調(diào)速方式

二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式11/23/202210所謂調(diào)速方式：二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式11/22/2若輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速無關(guān)，則為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。如：他勵直流電機調(diào)電樞電壓調(diào)速，繞線轉(zhuǎn)子異步電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等；若輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成反比，則為恒功率調(diào)速方式。如：他勵直流電機的弱磁調(diào)速。二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式11/23/202211若輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速無關(guān)，則為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。二、基頻以下的變什么叫電機得到充分利用呢？嚴格講，電機的充分利用，應(yīng)包括電機鐵心和導(dǎo)線得到充分利用，即鐵心的磁通密度和導(dǎo)線的電流密度都保持額定值不變。異步電動機的調(diào)速分為基頻下調(diào)和基頻上調(diào)兩種情況，基頻下調(diào)通常采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而基頻上調(diào)通常采用恒功率調(diào)速方式。二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式11/23/202212什么叫電機得到充分利用呢？二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式1常值即采用恒電動勢頻率比的控制方式。

二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式由式（1-30）可知，要保持m不變，當(dāng)頻率f1從額定值f1N向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Es，使11/23/202213常值即采用恒電動勢頻率比的控制方式。二、基頻以下的變頻調(diào)1.保持的嚴格恒磁通控制

由式（1-30）可得

（1-31）

由式（1-31）可知，要保持磁通m不變，當(dāng)頻率f1從額定頻率向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低電動勢Es，即采用恒定的電動勢頻率比的控制方式。這時異步電動機的機械特性將會如何呢？11/23/2022141.保持的嚴格恒磁通控制由式（1-30）1.保持的嚴格恒磁通控制由圖1-14可知：

將上式代入電磁轉(zhuǎn)矩基本公式，可得

11/23/2022151.保持的嚴格恒磁通控制由圖1-14可知：1.保持的嚴格恒磁通控制上式對s求導(dǎo)，并令dTe/ds=0，可得恒磁通控制轉(zhuǎn)矩最大時的轉(zhuǎn)差率為將sm代入式（1-33）得最大電磁轉(zhuǎn)矩

（1-34）11/23/2022161.保持的嚴格恒磁通控制上式對s求導(dǎo)，并令1.保持的嚴格恒磁通控制可見，當(dāng)調(diào)速過程中Es/f1為恒值時Temax值是恒定不變的，在低頻低速下也能保持這個最大電磁轉(zhuǎn)矩，因此稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。

即：電動機的轉(zhuǎn)矩輸出能力是恒定的11/23/2022171.保持的嚴格恒磁通控制可見，當(dāng)調(diào)速過程中

2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓Us≈

Eg，則得用易于測量和控制的定子輸入相電壓Us取代電動勢Es，這就是保持的近似恒磁通控制，也稱為恒壓頻比控制或U/f控制，它是開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)常用的控制方式。

11/23/2022182.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)式（1-18）的電磁轉(zhuǎn)矩表達式：

當(dāng)采用恒壓頻比控制方式時，式（1-18）可改寫為：（1-18）（1-36）

11/23/2022192.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)式（2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)當(dāng)電動機穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)差率s很小，可以忽略分母中含s項，則式中，由上式可知，當(dāng)采用恒壓頻比控制時，對于同一電磁轉(zhuǎn)矩Te，sf1是基本不變的，即n基本不變，這說明恒壓頻比條件下改變頻率時，機械特性是平行下移的。

11/23/2022202.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)當(dāng)電2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)由上節(jié)推導(dǎo)的最大轉(zhuǎn)矩表達式

（1-38）

(1)

當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，f1在額定頻率fn附近變化，定、轉(zhuǎn)子的總漏抗遠遠大于定子電阻Rs：11/23/2022212.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)由則最大轉(zhuǎn)矩上式表明，頻率較高時，恒壓頻比調(diào)速時異步電動機的最大轉(zhuǎn)矩與頻率無關(guān)，基本上保持不變。

（1-39）11/23/202222則最大轉(zhuǎn)矩上式表明，頻率較高時，恒壓頻比調(diào)速時異步電動（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，f1比f1n下降很多，此時定、轉(zhuǎn)子總漏抗隨之下降，定子電阻Rs不能忽略，對式（1-38）稍加整理可得可見在不變時，最大轉(zhuǎn)矩Temax是隨著定子供電頻率f1的下降而減小的。11/23/202223（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，f1比f1n下降很多，此時定、轉(zhuǎn)子總

在低頻時Us和ES都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時，需要人為地把電壓Us抬高一些，以便近似地補償定子壓降。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的b線，無補償?shù)目刂铺匦詣t為a線。11/23/202224在低頻時Us和ES都較帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性11/23/202225帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性11/22/202225低頻時適當(dāng)?shù)靥岣叨ㄗ与妷篣s，使最大電磁轉(zhuǎn)矩有所增大，實質(zhì)上是對異步電機電磁轉(zhuǎn)矩的補償，可以增強電動機的帶負載能力。一般變頻器調(diào)壓調(diào)頻控制方式都有轉(zhuǎn)矩補償功能，其理論基礎(chǔ)就在于此。11/23/202226低頻時適當(dāng)?shù)靥岣叨ㄗ与妷篣s，使最大電磁轉(zhuǎn)矩機械特性曲線nON0n圖1-17恒壓頻比控制時變頻調(diào)速的機械特性補償定子壓降后的特性01n12w13w03n02n11wN1w131211N1wwww>>>eT

可見，最大轉(zhuǎn)矩Temax是隨著的1

降低而減小。

頻率很低時，Temax太小將限制電機的帶載能力，采用定子壓降補償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷篣s，可增強帶載能力。通風(fēng)機負載11/23/202227機械特性曲線nON0n圖1-17恒壓頻比控制時變頻調(diào)速11/23/20222811/22/2022283.恒

Er/1

控制如果把電壓－頻率協(xié)調(diào)控制中的電壓再進一步提高，把轉(zhuǎn)子漏抗上的壓降也抵消掉，得到恒Er/1控制，那么，機械特性會怎樣呢？由此可寫出11/23/2022293.恒Er/1控制如果把電壓－頻率協(xié)代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得現(xiàn)在，不必再作任何近似就可知道，這時的機械特性完全是一條直線。3.恒

Er/1

控制11/23/202230代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得現(xiàn)在，不必再作任何近似就0s10Te幾種電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式的特性比較不同電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式時的機械特性恒Er/1控制恒Eg/1控制恒Us/1控制ab

c11/23/2022310s10Te幾種電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式的特性比較不同電壓－顯然，恒Er/1控制的穩(wěn)態(tài)性能最好，可以獲得和直流電機一樣的線性機械特性。這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的性能?，F(xiàn)在的問題是，怎樣控制變頻裝置的電壓和頻率才能獲得恒定的Er/1呢？3.恒

Er/1

控制11/23/202232顯然，恒Er/1控制的穩(wěn)態(tài)性能最好，可以獲得和按照式（1-30）電動勢和磁通的關(guān)系，可以看出，當(dāng)頻率恒定時，電動勢與磁通成正比。在式（1-30）中，氣隙磁通的感應(yīng)電動勢Es對應(yīng)于氣隙磁通幅值m，那么，轉(zhuǎn)子全磁通的感應(yīng)電動勢Er就應(yīng)該對應(yīng)于轉(zhuǎn)子全磁通幅值rm：3.恒

Er/1

控制由此可見，只要能夠按照轉(zhuǎn)子全磁通幅值rm=恒值進行控制，就可以獲得恒Er/1了。這正是矢量控制系統(tǒng)所遵循的原則，第3.3節(jié)中將詳細討論。11/23/202233按照式（1-30）電動勢和磁通的關(guān)系，4．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較綜上所述，在正弦波供電時，按不同規(guī)律實現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制可得不同類型的機械特性。1）恒壓頻比（Us/1=恒值）控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，但低速帶載能力有些差強人意，須對定子壓降實行補償。11/23/2022344．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較綜上所述，在正弦波供電時2）恒Es/1控制是通常對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉藴?，可以在穩(wěn)態(tài)時達到m=恒值，從而改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。

11/23/2022352）恒Es/1控制是通常對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉藴剩?）恒Er/1控制可以得到和直流他勵電機一樣的線性機械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通rm

恒定進行控制，即得

Er/1=恒值而且，在動態(tài)中也盡可能保持rm恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標，當(dāng)然實現(xiàn)起來是比較復(fù)雜的。11/23/2022363）恒Er/1控制可以得到和直流他勵電機一樣的線11/23/20223711/22/202237（一）近似恒功率調(diào)速方式事實上，電壓不變，升高頻率的調(diào)速方式是近似恒功率調(diào)速方式。這時由于定子端電壓Us=Usn保持不變，式（1-22）的最大轉(zhuǎn)矩表達式可改寫為由上式可知，在電壓不變的前提下，隨著角頻率1的升高，最大轉(zhuǎn)矩Temax隨之下降。

11/23/202238（一）近似恒功率調(diào)速方式事實上，電壓不變，升高頻率的調(diào)速方式機械特性曲線當(dāng)角頻率提高時，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機械特性上移，而形狀基本不變，如圖所示。圖1-18基頻以上恒壓變頻調(diào)速的機械特性恒功率調(diào)速O<<<b1wc1wa1wN1wnc0nb0na0nN0nc1wb1wa1wN1weT11/23/202239機械特性曲線當(dāng)角頻率提高時，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，（二）嚴格恒功率控制方式

電動機輸出的機械功率為：

要實現(xiàn)嚴格的恒功率控制，必須使基頻以上不同頻率對應(yīng)機械特性的額定功率相等，即

11/23/202240（二）嚴格恒功率控制方式電動機輸出的機械功率為：要（二）嚴格恒功率控制方式可推導(dǎo)得到即

（1-54）

通過上述分析，可得出如下結(jié)論：（1）為了獲得嚴格的恒功率調(diào)速，在頻率由基頻上調(diào)時，應(yīng)使電壓與頻率的1/2次方成正比變化，即這時過載倍數(shù)保持不變。11/23/202241（二）嚴格恒功率控制方式可推導(dǎo)得到即（1-54）通過上述（2）基頻上調(diào)、電壓不變的控制方式，不能實現(xiàn)嚴格的恒功率調(diào)速。（3）把基頻下調(diào)和基頻上調(diào)兩種情況結(jié)合起來，可得異步電動機變頻調(diào)速的控制特性如圖1-19所示。在基頻fn以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速區(qū)，磁通和轉(zhuǎn)矩恒定，功率與頻率（轉(zhuǎn)速）成正比；在基頻以上為恒功率調(diào)速區(qū)，功率恒定，磁通和轉(zhuǎn)矩與頻率（轉(zhuǎn)速）成反比。11/23/202242（2）基頻上調(diào)、電壓不變的控制方式，不能實現(xiàn)嚴格的恒功率調(diào)速變壓變頻控制特性f1N圖1-19異步電機變壓變頻調(diào)速的控制特性

恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速UsUsNΦmNΦm恒功率調(diào)速ΦmUsf1011/23/202243變壓變頻控制特性f1N圖1-19異步電機變壓變頻調(diào)速的控最后，應(yīng)該指出，以上所分析的機械特性都是在正弦波電壓供電下的情況。如果電壓源含有諧波，將使機械特性受到扭曲，并增加電機中的損耗。因此在設(shè)計變頻裝置時，應(yīng)盡量減少輸出電壓中的諧波。由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁通勢必減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的減小，但轉(zhuǎn)速升高了，可以認為輸出功率基本不變。所以基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。11/23/202244最后，應(yīng)該指出，以上所分析的機械特性都是在正弦波小結(jié)電壓Us與頻率1是變頻器—異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的兩個獨立的控制變量，在變頻調(diào)速時需要對這兩個控制變量進行協(xié)調(diào)控制。在基頻以下，有三種協(xié)調(diào)控制方式。采用不同的協(xié)調(diào)控制方式，得到的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能不同，其中恒Er

/1控制的性能最好。在基頻以上，采用保持電壓不變的恒功率弱磁調(diào)速方法。返回目錄11/23/202245小結(jié)電壓Us與頻率1是變頻器—異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的兩異步電動機變壓變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)第一章主講教師：杜春水山東大學(xué)11/23/202246異步電動機變壓變頻調(diào)速理論基礎(chǔ)第一章主講教師：杜春水山東大學(xué)概述由于在調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范圍寬，無論是高速還是低速時效率都較高，在采取一定的技術(shù)措施后能實現(xiàn)高動態(tài)性能，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。異步電機的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱為變頻調(diào)速系統(tǒng)。因此現(xiàn)在應(yīng)用面很廣，是本篇的重點。11/23/202247概述由于在調(diào)速時轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的性能而深受各行業(yè)的普遍歡迎，并已取得了顯著的社會效益。電力軋鋼造紙化工煤炭紡織船舶機床航天航空廣泛應(yīng)用：11/23/202248目前，交流變頻調(diào)速技術(shù)以其優(yōu)異的性能而深受各1.3變頻調(diào)速的基本控制方式

變頻調(diào)速的基本原理充分利用電機繞組鐵芯和繞組的截面積主要特征：Tmax為常數(shù)變頻調(diào)速光調(diào)頻行嗎？？11/23/2022491.3變頻調(diào)速的基本控制方式變頻調(diào)速的基本原理充分利用電一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性異步電機的轉(zhuǎn)速n與定子供電頻率之間有以下關(guān)系：（1-29）

從上式可知，只要平滑地調(diào)節(jié)異步電機定子的供電頻率f1，同步轉(zhuǎn)速n0隨之改變，就可以平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n，從而實現(xiàn)異步電機的無級調(diào)速，這就是變頻調(diào)速的基本原理。11/23/202250一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性異步電機的轉(zhuǎn)速n與定子供電頻率在進行電機調(diào)速時，常須考慮的一個重要因素是：

----希望保持電機中每極磁通量m為額定值不變。

如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵芯，是一種浪費；如果過分增大磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴重時會因繞組過熱而損壞電機。一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性11/23/202251在進行電機調(diào)速時，常須考慮的一個重要因素是：-對于直流電機，勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a償，m保持不變是很容易做到的。在交流異步電機中，磁通m由定子和轉(zhuǎn)子磁勢合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就需要費一些周折了。一、調(diào)頻與調(diào)壓協(xié)調(diào)控制的必要性11/23/202252對于直流電機，勵磁系統(tǒng)是獨立的，只要對電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a償，（1-30）

式中

Es—氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值（V）—定子頻率（Hz）；

f1—定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；

Ns—基波繞組系數(shù)；

kNs—每極氣隙磁通量(Wb)。m

定子每相電動勢由式（1-30）可知，只要控制好Eg和f1，便可達到控制磁通m

的目的，對此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。11/23/202253（1-30）式中Es—氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方式

由式（1-18）機械特性方程式可以看出，對于同一組轉(zhuǎn)矩Te

和轉(zhuǎn)速n（或轉(zhuǎn)差率s）的要求，電壓Us和頻率1

可以有多種配合。在Us和1的不同配合下機械特性也是不一樣的，因此可以有不同方式的電壓－頻率協(xié)調(diào)控制。（1-18）

11/23/202254電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方式由式所謂調(diào)速方式：是指在電機得到充分利用的條件下，電機輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。電機常用的有兩種典型調(diào)速方式：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式和恒功率調(diào)速方式

二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式11/23/202255所謂調(diào)速方式：二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式11/22/2若輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速無關(guān)，則為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。如：他勵直流電機調(diào)電樞電壓調(diào)速，繞線轉(zhuǎn)子異步電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速等；若輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速成反比，則為恒功率調(diào)速方式。如：他勵直流電機的弱磁調(diào)速。二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式11/23/202256若輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速無關(guān)，則為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。二、基頻以下的變什么叫電機得到充分利用呢？嚴格講，電機的充分利用，應(yīng)包括電機鐵心和導(dǎo)線得到充分利用，即鐵心的磁通密度和導(dǎo)線的電流密度都保持額定值不變。異步電動機的調(diào)速分為基頻下調(diào)和基頻上調(diào)兩種情況，基頻下調(diào)通常采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而基頻上調(diào)通常采用恒功率調(diào)速方式。二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式11/23/202257什么叫電機得到充分利用呢？二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式1常值即采用恒電動勢頻率比的控制方式。

二、基頻以下的變頻調(diào)速控制方式由式（1-30）可知，要保持m不變，當(dāng)頻率f1從額定值f1N向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Es，使11/23/202258常值即采用恒電動勢頻率比的控制方式。二、基頻以下的變頻調(diào)1.保持的嚴格恒磁通控制

由式（1-30）可得

（1-31）

由式（1-31）可知，要保持磁通m不變，當(dāng)頻率f1從額定頻率向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低電動勢Es，即采用恒定的電動勢頻率比的控制方式。這時異步電動機的機械特性將會如何呢？11/23/2022591.保持的嚴格恒磁通控制由式（1-30）1.保持的嚴格恒磁通控制由圖1-14可知：

將上式代入電磁轉(zhuǎn)矩基本公式，可得

11/23/2022601.保持的嚴格恒磁通控制由圖1-14可知：1.保持的嚴格恒磁通控制上式對s求導(dǎo)，并令dTe/ds=0，可得恒磁通控制轉(zhuǎn)矩最大時的轉(zhuǎn)差率為將sm代入式（1-33）得最大電磁轉(zhuǎn)矩

（1-34）11/23/2022611.保持的嚴格恒磁通控制上式對s求導(dǎo)，并令1.保持的嚴格恒磁通控制可見，當(dāng)調(diào)速過程中Es/f1為恒值時Temax值是恒定不變的，在低頻低速下也能保持這個最大電磁轉(zhuǎn)矩，因此稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。

即：電動機的轉(zhuǎn)矩輸出能力是恒定的11/23/2022621.保持的嚴格恒磁通控制可見，當(dāng)調(diào)速過程中

2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認為定子相電壓Us≈

Eg，則得用易于測量和控制的定子輸入相電壓Us取代電動勢Es，這就是保持的近似恒磁通控制，也稱為恒壓頻比控制或U/f控制，它是開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)常用的控制方式。

11/23/2022632.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)式（1-18）的電磁轉(zhuǎn)矩表達式：

當(dāng)采用恒壓頻比控制方式時，式（1-18）可改寫為：（1-18）（1-36）

11/23/2022642.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)式（2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)當(dāng)電動機穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)差率s很小，可以忽略分母中含s項，則式中，由上式可知，當(dāng)采用恒壓頻比控制時，對于同一電磁轉(zhuǎn)矩Te，sf1是基本不變的，即n基本不變，這說明恒壓頻比條件下改變頻率時，機械特性是平行下移的。

11/23/2022652.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)當(dāng)電2.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)由上節(jié)推導(dǎo)的最大轉(zhuǎn)矩表達式

（1-38）

(1)

當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時，f1在額定頻率fn附近變化，定、轉(zhuǎn)子的總漏抗遠遠大于定子電阻Rs：11/23/2022662.保持常值的近似恒磁通控制(恒壓頻比的控制)由則最大轉(zhuǎn)矩上式表明，頻率較高時，恒壓頻比調(diào)速時異步電動機的最大轉(zhuǎn)矩與頻率無關(guān)，基本上保持不變。

（1-39）11/23/202267則最大轉(zhuǎn)矩上式表明，頻率較高時，恒壓頻比調(diào)速時異步電動（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，f1比f1n下降很多，此時定、轉(zhuǎn)子總漏抗隨之下降，定子電阻Rs不能忽略，對式（1-38）稍加整理可得可見在不變時，最大轉(zhuǎn)矩Temax是隨著定子供電頻率f1的下降而減小的。11/23/202268（2）當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，f1比f1n下降很多，此時定、轉(zhuǎn)子總

在低頻時Us和ES都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時，需要人為地把電壓Us抬高一些，以便近似地補償定子壓降。帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的b線，無補償?shù)目刂铺匦詣t為a線。11/23/202269在低頻時Us和ES都較帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性11/23/202270帶定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制特性11/22/202225低頻時適當(dāng)?shù)靥岣叨ㄗ与妷篣s，使最大電磁轉(zhuǎn)矩有所增大，實質(zhì)上是對異步電機電磁轉(zhuǎn)矩的補償，可以增強電動機的帶負載能力。一般變頻器調(diào)壓調(diào)頻控制方式都有轉(zhuǎn)矩補償功能，其理論基礎(chǔ)就在于此。11/23/202271低頻時適當(dāng)?shù)靥岣叨ㄗ与妷篣s，使最大電磁轉(zhuǎn)矩機械特性曲線nON0n圖1-17恒壓頻比控制時變頻調(diào)速的機械特性補償定子壓降后的特性01n12w13w03n02n11wN1w131211N1wwww>>>eT

可見，最大轉(zhuǎn)矩Temax是隨著的1

降低而減小。

頻率很低時，Temax太小將限制電機的帶載能力，采用定子壓降補償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷篣s，可增強帶載能力。通風(fēng)機負載11/23/202272機械特性曲線nON0n圖1-17恒壓頻比控制時變頻調(diào)速11/23/20227311/22/2022283.恒

Er/1

控制如果把電壓－頻率協(xié)調(diào)控制中的電壓再進一步提高，把轉(zhuǎn)子漏抗上的壓降也抵消掉，得到恒Er/1控制，那么，機械特性會怎樣呢？由此可寫出11/23/2022743.恒Er/1控制如果把電壓－頻率協(xié)代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得現(xiàn)在，不必再作任何近似就可知道，這時的機械特性完全是一條直線。3.恒

Er/1

控制11/23/202275代入電磁轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得現(xiàn)在，不必再作任何近似就0s10Te幾種電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式的特性比較不同電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式時的機械特性恒Er/1控制恒Eg/1控制恒Us/1控制ab

c11/23/2022760s10Te幾種電壓－頻率協(xié)調(diào)控制方式的特性比較不同電壓－顯然，恒Er/1控制的穩(wěn)態(tài)性能最好，可以獲得和直流電機一樣的線性機械特性。這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的性能?，F(xiàn)在的問題是，怎樣控制變頻裝置的電壓和頻率才能獲得恒定的Er/1呢？3.恒

Er/1

控制11/23/202277顯然，恒Er/1控制的穩(wěn)態(tài)性能最好，可以獲得和按照式（1-30）電動勢和磁通的關(guān)系，可以看出，當(dāng)頻率恒定時，電動勢與磁通成正比。在式（1-30）中，氣隙磁通的感應(yīng)電動勢Es對應(yīng)于氣隙磁通幅值m，那么，轉(zhuǎn)子全磁通的感應(yīng)電動勢Er就應(yīng)該對應(yīng)于轉(zhuǎn)子全磁通幅值rm：3.恒

Er/1

控制由此可見，只要能夠按照轉(zhuǎn)子全磁通幅值rm=恒值進行控制，就可以獲得恒Er/1了。這正是矢量控制系統(tǒng)所遵循的原則，第3.3節(jié)中將詳細討論。11/23/202278按照式（1-30）電動勢和磁通的關(guān)系，4．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較綜上所述，在正弦波供電時，按不同規(guī)律實現(xiàn)電壓－頻率協(xié)調(diào)控制可得不同類型的機械特性。1）恒壓頻比（Us/1=恒值）控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，但低速帶載能力有些差強人意，須對定子壓降實行補償。11/23/2022794．幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較綜上所述，在正弦波供電時2）恒Es/1控制是通常對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉藴?，可以在穩(wěn)態(tài)時達到m=恒值，從而改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。

11/23/2022802）恒Es/1控制是通常對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉藴剩?）恒Er/1控制可以得到和直流他勵電機一樣的線性機械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通rm

恒定進行控制，即得

Er/1=恒值而且，在動態(tài)中也盡可能保持rm恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標，當(dāng)然實現(xiàn)起來是比較復(fù)雜的。11/23/202281