交流傳動控制系統(tǒng)ppt課件

1、-1-1-交直流調(diào)速控制系統(tǒng)交直流調(diào)速控制系統(tǒng) 昆明學(xué)院自動控制與機械工程學(xué)院昆明學(xué)院自動控制與機械工程學(xué)院8632 64 92-2-2-第第4章章 交流傳動控制系統(tǒng)交流傳動控制系統(tǒng)-3-3-主要內(nèi)容主要內(nèi)容-4-4-本章要求本章要求 掌握異步電動機的變壓調(diào)速方法掌握異步電動機的變壓調(diào)速方法 熟練掌握異步電動機的變壓變頻調(diào)速方法熟練掌握異步電動機的變壓變頻調(diào)速方法 了解繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機的雙饋調(diào)速方法了解繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機的雙饋調(diào)速方法 熟練掌握同步電動機的調(diào)速方法熟練掌握同步電動機的調(diào)速方法-5-5-4.1 異步電動機的變壓控制系統(tǒng)異步電動機的變壓控制系統(tǒng)-6-6-7-7-8-8-異步電

2、動機的電磁轉(zhuǎn)矩為異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為 2ppsr2emrer22ms2rssssr33/llnn U RsPRTIsRRLLs4-92emrr3/PI Rsmsp/n電磁功率電磁功率 同步機械角轉(zhuǎn)速同步機械角轉(zhuǎn)速 式式4-9就是異步電動機的機械特性方程式。它闡明，就是異步電動機的機械特性方程式。它闡明，當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，因此改動定子外加電壓就可以改動機械特性的函正比，因此改動定子外加電壓就可以改動機械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改動電動機在一定負載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速數(shù)關(guān)系，從而改動電動機在一定負載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速 -9-9-4

3、.1.2.2 交流異步電動機的變壓調(diào)速方法交流異步電動機的變壓調(diào)速方法 過去改動交流電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流勵過去改動交流電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流勵磁繞組的飽和電抗器，自從電力電子技術(shù)興起以后，這磁繞組的飽和電抗器，自從電力電子技術(shù)興起以后，這些笨重的電磁安裝就被晶閘管交流調(diào)壓器取代了。圖些笨重的電磁安裝就被晶閘管交流調(diào)壓器取代了。圖4-3給出了一個采用雙向晶閘管組成交流調(diào)壓器給出了一個采用雙向晶閘管組成交流調(diào)壓器TVC，其主，其主電路分別用電路分別用3個雙向晶閘管串接在三相電路中。個雙向晶閘管串接在三相電路中。 其調(diào)壓方式普通采用相位控制方式，由調(diào)壓控制信號其調(diào)壓方式普通采用

4、相位控制方式，由調(diào)壓控制信號Uc經(jīng)過脈沖觸發(fā)電路經(jīng)過脈沖觸發(fā)電路GT控制控制TVC的輸出交流電壓變化。的輸出交流電壓變化。 此外，假設(shè)此外，假設(shè)TVC的主電路由可關(guān)斷的開關(guān)器件構(gòu)成，的主電路由可關(guān)斷的開關(guān)器件構(gòu)成，可采用斬控方式來調(diào)理輸出交流電壓?？刹捎脭乜胤绞絹碚{(diào)理輸出交流電壓。 -10-10-11-11-4.1.2.3 異步電動機變壓調(diào)速的機械特性異步電動機變壓調(diào)速的機械特性 將式將式4-9對對s求導(dǎo)，并令求導(dǎo)，并令 ,可求出最大轉(zhuǎn)可求出最大轉(zhuǎn)矩及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率矩及其對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率ed/d0Ts rmax222sssrllRsRLL2psemax222sssssr32lln UTRRLL4-

5、104-11-12-12- 由式由式4-10和和4-11可見，異步電動機變壓調(diào)速可見，異步電動機變壓調(diào)速時，其電磁轉(zhuǎn)矩時，其電磁轉(zhuǎn)矩Te及最大轉(zhuǎn)矩及最大轉(zhuǎn)矩Temax隨定子電壓隨定子電壓Us下降下降成平方比的下降，而最大轉(zhuǎn)差率成平方比的下降，而最大轉(zhuǎn)差率smax那么堅持不變。那么堅持不變。-13-13- 為了能在恒轉(zhuǎn)矩負載下擴展調(diào)速范圍，并使電動機能為了能在恒轉(zhuǎn)矩負載下擴展調(diào)速范圍，并使電動機能在較低轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)而不至于過熱，就要求電動機轉(zhuǎn)子有在較低轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)而不至于過熱，就要求電動機轉(zhuǎn)子有較高的阻值，這樣的電動機在變電壓時機械特性如圖較高的阻值，這樣的電動機在變電壓時機械特性如圖4-5所示。這

6、種電動機又稱作交流力矩電動機。所示。這種電動機又稱作交流力矩電動機。 -14-14- 綜上分析，采用普通異步電動機的變電壓調(diào)速時，調(diào)綜上分析，采用普通異步電動機的變電壓調(diào)速時，調(diào)速范圍很窄，采用高轉(zhuǎn)子電阻的力矩電動機雖然可以增速范圍很窄，采用高轉(zhuǎn)子電阻的力矩電動機雖然可以增大調(diào)速范圍，但其機械特性又變軟，因此當(dāng)負載變化時大調(diào)速范圍，但其機械特性又變軟，因此當(dāng)負載變化時轉(zhuǎn)速動搖很大。由此闡明，開環(huán)控制很難處理這些問題，轉(zhuǎn)速動搖很大。由此闡明，開環(huán)控制很難處理這些問題，為了提高伐速精度需求采用閉環(huán)控制。為了提高伐速精度需求采用閉環(huán)控制。 -15-15-1系統(tǒng)組成與任務(wù)原理系統(tǒng)組成與任務(wù)原理 4.1

7、.3 轉(zhuǎn)速反響閉環(huán)控制的異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反響閉環(huán)控制的異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)-16-16-2系統(tǒng)靜態(tài)構(gòu)造與靜特性系統(tǒng)靜態(tài)構(gòu)造與靜特性 根據(jù)系統(tǒng)原理圖，可以畫出如圖根據(jù)系統(tǒng)原理圖，可以畫出如圖4-7a所示的系統(tǒng)靜態(tài)所示的系統(tǒng)靜態(tài)構(gòu)造框圖，圖中，構(gòu)造框圖，圖中，Ks為為GT和和TVC安裝的放大系數(shù)，且安裝的放大系數(shù)，且有有Ks=Us/Uc；Kn為轉(zhuǎn)速反響系數(shù)，即為轉(zhuǎn)速反響系數(shù)，即Kn=Un/n ；轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速調(diào)理器調(diào)理器ASR根據(jù)其采用何種控制戰(zhàn)略而定；根據(jù)其采用何種控制戰(zhàn)略而定；n =fUs，Te由式由式4-9給出，為一非線性函數(shù)。給出，為一非線性函數(shù)。-17-17- 假設(shè)采用假設(shè)采用P

8、I調(diào)理器，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，調(diào)理器，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，Un*=Un，Te=TL，實現(xiàn)無靜差控制。系統(tǒng)的靜特性如圖實現(xiàn)無靜差控制。系統(tǒng)的靜特性如圖4-7b所示。所示。 異步電動機閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)不同于直流電動機閉環(huán)變異步電動機閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)不同于直流電動機閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的地方在于：壓調(diào)速系統(tǒng)的地方在于： 靜特性左右兩邊都有極限，不靜特性左右兩邊都有極限，不能無限延伸，它們是額定電壓能無限延伸，它們是額定電壓UsN下的機械特性和最小下的機械特性和最小輸出電壓輸出電壓Usmin下的機械特性。下的機械特性。 當(dāng)負載變化時，假設(shè)電當(dāng)負載變化時，假設(shè)電壓調(diào)理到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制才干，系統(tǒng)的任壓調(diào)理到極限值

9、，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制才干，系統(tǒng)的任務(wù)點只能沿著極限開環(huán)特性變化。務(wù)點只能沿著極限開環(huán)特性變化。 -18-18-3系統(tǒng)近似動態(tài)構(gòu)造框圖系統(tǒng)近似動態(tài)構(gòu)造框圖 采用異步電動機的簡化模型。根據(jù)系統(tǒng)原理圖畫出采用異步電動機的簡化模型。根據(jù)系統(tǒng)原理圖畫出近似動態(tài)構(gòu)造。這里近似動態(tài)構(gòu)造。這里ASR采用采用PI調(diào)理器。按此動態(tài)構(gòu)造，調(diào)理器。按此動態(tài)構(gòu)造，假設(shè)知系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的參數(shù)，可以進展系統(tǒng)分析；假設(shè)假設(shè)知系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的參數(shù)，可以進展系統(tǒng)分析；假設(shè)給定被控對象參數(shù)及系統(tǒng)性能目的，可以設(shè)計給定被控對象參數(shù)及系統(tǒng)性能目的，可以設(shè)計ASR調(diào)理調(diào)理器參數(shù)以滿足系統(tǒng)要求。器參數(shù)以滿足系統(tǒng)要求。 -19-19- 對于小容

10、量異步電動機，只需供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器的容對于小容量異步電動機，只需供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器的容量足夠大普通要求比電機容量大量足夠大普通要求比電機容量大4倍以上，而供電倍以上，而供電線路并不太長線路并不太長 起動電流呵斥的瞬時電壓降落低于起動電流呵斥的瞬時電壓降落低于10%15%，可以直接通電起動，操作也很簡便。對，可以直接通電起動，操作也很簡便。對于容量大一些的電機，問題就不這么簡單了。于容量大一些的電機，問題就不這么簡單了。 異步電動機在工頻供電且剛起動時，異步電動機在工頻供電且剛起動時，s=1ssr222rsssrllUIIRRLLs4.1.4 變壓控制在異步電動機軟起動中的運用變壓控制在異步電動機

11、軟起動中的運用-20-20-ss_str_st222srssr()llUIIRRLL2ppsr2e_str_str222sssrssr33llnn U RTIRRRLL4-124-132ppsr2emrer22ms2rssssr33/llnn U RsPRTIsRRLLs-21-21- 在普通情況下，異步電動機的起動電流比較大，而在普通情況下，異步電動機的起動電流比較大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大，其機械特性如圖起動轉(zhuǎn)矩并不大，其機械特性如圖4-9所示。所示。 -22-22- 對于普通的籠型電動機，起動電流和起動轉(zhuǎn)矩對其額對于普通的籠型電動機，起動電流和起動轉(zhuǎn)矩對其額定值的倍數(shù)大約為定值的倍數(shù)大約為 s

12、_stIstsN4 7IKIe_stTsteN0.9 1.3TKT4-144-15起動電流倍數(shù)：起動電流倍數(shù)： 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)： -23-23- 由于中、大容量電動機的起動電流大，使電網(wǎng)壓降過由于中、大容量電動機的起動電流大，使電網(wǎng)壓降過大，會影響其他用電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，甚至使該電動機大，會影響其他用電設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，甚至使該電動機本身根本起動不起來。這時必需采取措施來降低其起動本身根本起動不起來。這時必需采取措施來降低其起動電流，常用的方法是降壓起動。電流，常用的方法是降壓起動。 由式由式4-12可知，當(dāng)電壓降低時，起動電流將隨電可知，當(dāng)電壓降低時，起動電流將隨電壓成正比地降低，

13、從而可以避開起動電流沖沖擊。但是壓成正比地降低，從而可以避開起動電流沖沖擊。但是式式4-13又闡明，又闡明， 起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩的減小將比起動電流的降低更快，降壓起動時會動轉(zhuǎn)矩的減小將比起動電流的降低更快，降壓起動時會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩夠不夠的問題。出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩夠不夠的問題。 -24-24- 軟起動器普通采用晶閘管交流調(diào)壓器，完成起動后軟起動器普通采用晶閘管交流調(diào)壓器，完成起動后可用接觸器旁路晶閘管，以免晶閘管不用要地長期任務(wù)?？捎媒佑|器旁路晶閘管，以免晶閘管不用要地長期任務(wù)。起動電流可視起動時所帶負載的大小進展調(diào)整，以獲得起動電流可視起動時所帶負載的

14、大小進展調(diào)整，以獲得最正確的起動效果。軟起動器有幾種常用的控制方式最正確的起動效果。軟起動器有幾種常用的控制方式 1.電壓控制方式電壓控制方式 電壓控制方式是軟起動器的根本控制方式，其起動控電壓控制方式是軟起動器的根本控制方式，其起動控制過程如圖制過程如圖4-10所示。通常設(shè)置兩個參數(shù)：起始電壓所示。通常設(shè)置兩個參數(shù)：起始電壓或起始轉(zhuǎn)矩及爬坡時間。這種控制方式是一種開環(huán)或起始轉(zhuǎn)矩及爬坡時間。這種控制方式是一種開環(huán)控制方式?；陔妷嚎刂品绞降能浧饎悠骺梢灾苯永每刂品绞??；陔妷嚎刂品绞降能浧饎悠骺梢灾苯永媒涣髯儔浩鱽韺崿F(xiàn)，主電路構(gòu)造簡單且本錢低廉，系統(tǒng)交流變壓器來實現(xiàn)，主電路構(gòu)造簡單且本錢低

15、廉，系統(tǒng)控制只需設(shè)置不同的調(diào)壓方式，并按一定的時序給定電控制只需設(shè)置不同的調(diào)壓方式，并按一定的時序給定電壓指令，控制簡易方便。壓指令，控制簡易方便。 -25-25-26-26- 當(dāng)負載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時，可在電壓控制方式當(dāng)負載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時，可在電壓控制方式上添加突跳起動，即在剛起動時給電動機施加很高的電上添加突跳起動，即在剛起動時給電動機施加很高的電壓脈沖以縮短起動時間。有些軟起動器還可同時設(shè)定兩壓脈沖以縮短起動時間。有些軟起動器還可同時設(shè)定兩種電壓爬坡速率以順應(yīng)變化的負載。種電壓爬坡速率以順應(yīng)變化的負載。 -27-27- 2.電流控制方式電流控制方式 由于電動機的輸入阻抗隨轉(zhuǎn)速

16、變化，僅靠電壓控制由于電動機的輸入阻抗隨轉(zhuǎn)速變化，僅靠電壓控制不能很好地限制起動電流。為處理這一問題，開展了不能很好地限制起動電流。為處理這一問題，開展了電流控制方式，軟起動器具有電流閉環(huán)控制才干。在電流控制方式，軟起動器具有電流閉環(huán)控制才干。在起動過程中能控制電流的幅值并堅持恒定，其起動過起動過程中能控制電流的幅值并堅持恒定，其起動過程如圖程如圖4-12所示。突跳起動也適用于電流控制方式所示。突跳起動也適用于電流控制方式-28-28- 經(jīng)過控制觸發(fā)角來控制電流 ，其中ki為設(shè)定的起動電流倍數(shù)，Ipeak為電流峰值。當(dāng)I0.95 kiIN時，按余弦規(guī)律遞減。當(dāng)I0.95 kiIN時，堅持不變。

17、系數(shù)0.95決議電流幅值的動搖范圍kiIN0.95kiININ-29-29- 3. 轉(zhuǎn)矩控制方式轉(zhuǎn)矩控制方式 在有些運用場所如帶式保送，保送機假設(shè)接受太大的在有些運用場所如帶式保送，保送機假設(shè)接受太大的轉(zhuǎn)矩，會呵斥皮帶內(nèi)應(yīng)力過大，從而減少皮帶的壽命，轉(zhuǎn)矩，會呵斥皮帶內(nèi)應(yīng)力過大，從而減少皮帶的壽命，嚴(yán)重時甚至拉斷皮帶。這時候希望軟起動器可以運轉(zhuǎn)在嚴(yán)重時甚至拉斷皮帶。這時候希望軟起動器可以運轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)矩控制方式，使電動機的起動轉(zhuǎn)矩可以得到某種程度轉(zhuǎn)矩控制方式，使電動機的起動轉(zhuǎn)矩可以得到某種程度的控制。的控制。-30-30- 圖4-14是典型的軟起動器轉(zhuǎn)矩控制原理框圖，實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制的關(guān)鍵是要有準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)矩

18、估計以構(gòu)成閉環(huán)，并設(shè)置轉(zhuǎn)矩調(diào)理器ATR以消除轉(zhuǎn)矩給定信號與檢測信號的誤差。較簡單的轉(zhuǎn)矩估計是計算有功功率，扣除定子損耗后，根據(jù)式 計算電動機的平均電磁轉(zhuǎn)矩。 2eacsss3/TPI R-31-31- 4.轉(zhuǎn)速控制方式轉(zhuǎn)速控制方式 上述的帶式傳輸機的最正確處理方案是采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)上述的帶式傳輸機的最正確處理方案是采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的起動方案。系統(tǒng)構(gòu)造如圖控制的起動方案。系統(tǒng)構(gòu)造如圖4-6所示，所示， 經(jīng)過轉(zhuǎn)速閉經(jīng)過轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，軟起動器能滿足許多運用場所的要求，如線性環(huán)控制，軟起動器能滿足許多運用場所的要求，如線性加減速、加減速、S形曲線加減速、線性流量控制及形曲線加減速、線性流量控制及S形曲線流

19、量形曲線流量控制等?？刂频?。 -32-32-內(nèi)容回想內(nèi)容回想 1、異步電動機的機械特性方程 2、異步電動機的變壓調(diào)速方法2ppsr2emrer22ms2rssssr33/llnn U RsPRTIsRRLLs-33-33- 3、轉(zhuǎn)速反響閉環(huán)控制的異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)-34-34- 4、系統(tǒng)靜特性、系統(tǒng)靜特性 5、異步電動機軟起動的控制方式、異步電動機軟起動的控制方式 電壓控制方式電壓控制方式爬坡時間和起始電壓，開環(huán)爬坡時間和起始電壓，開環(huán) 電流控制方式電流控制方式控制觸發(fā)角，閉環(huán)控制觸發(fā)角，閉環(huán) 轉(zhuǎn)矩控制方式轉(zhuǎn)矩控制方式轉(zhuǎn)矩估算，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩估算，閉環(huán) 轉(zhuǎn)速控制方式轉(zhuǎn)速控制方式轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)速閉環(huán)-

20、35-35-4.2 交流異步電動機變壓變頻控制系統(tǒng)交流異步電動機變壓變頻控制系統(tǒng)-36-36- 交流異步電動機的變壓調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點：交流異步電動機的變壓調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點： 構(gòu)造簡單，控制方便和本錢低廉構(gòu)造簡單，控制方便和本錢低廉 缺陷：缺陷： 1由于隨著電壓的降低，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩成平方由于隨著電壓的降低，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩成平方減少，使系統(tǒng)調(diào)速范圍小；減少，使系統(tǒng)調(diào)速范圍??； 2系統(tǒng)靜態(tài)模型的非線性，帶來轉(zhuǎn)速調(diào)理器設(shè)計困系統(tǒng)靜態(tài)模型的非線性，帶來轉(zhuǎn)速調(diào)理器設(shè)計困難，影響系統(tǒng)的靜態(tài)精度；難，影響系統(tǒng)的靜態(tài)精度； 3系統(tǒng)采用近似動態(tài)模型，任務(wù)點范圍受限，使固系統(tǒng)采用近似動態(tài)模型，任務(wù)點范圍受限，使固定調(diào)

21、理器參數(shù)難以滿足高動態(tài)性能的要求。定調(diào)理器參數(shù)難以滿足高動態(tài)性能的要求。 為抑制上述困難，需求采用變壓變頻調(diào)速方法為抑制上述困難，需求采用變壓變頻調(diào)速方法-37-37- 交流異步電動機的變壓變頻控制系統(tǒng)分兩類：基于交流異步電動機的變壓變頻控制系統(tǒng)分兩類：基于穩(wěn)態(tài)模型的和基于動態(tài)模型的。穩(wěn)態(tài)模型的和基于動態(tài)模型的。 基于穩(wěn)態(tài)模型的適用于對動態(tài)性能要求不高的場所，基于穩(wěn)態(tài)模型的適用于對動態(tài)性能要求不高的場所，如風(fēng)機、水泵類負載。如風(fēng)機、水泵類負載。 基于動態(tài)模型的高性能的適用于對動態(tài)性能要求高基于動態(tài)模型的高性能的適用于對動態(tài)性能要求高的場所，主要有以下兩種：的場所，主要有以下兩種： 按轉(zhuǎn)子磁場定

22、向的矢量控制系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng) 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) -38-38-4.2.1 變壓變頻調(diào)速的控制方式及其機械特性變壓變頻調(diào)速的控制方式及其機械特性 變壓變頻調(diào)速的根本控制戰(zhàn)略需根據(jù)其頻率控制的變壓變頻調(diào)速的根本控制戰(zhàn)略需根據(jù)其頻率控制的范圍而定，而實現(xiàn)根本的控制戰(zhàn)略，又可選用不同范圍而定，而實現(xiàn)根本的控制戰(zhàn)略，又可選用不同的控制方式的控制方式 他勵直流電動機的調(diào)速分為基速以下采用堅持磁通他勵直流電動機的調(diào)速分為基速以下采用堅持磁通恒定條件下的變壓調(diào)速，基速以上采用弱磁升速兩恒定條件下的變壓調(diào)速，基速以上采用弱磁升速兩種控制戰(zhàn)略種控制戰(zhàn)略 異步電動機變壓變頻調(diào)速也劃分

23、為基頻以下調(diào)速和異步電動機變壓變頻調(diào)速也劃分為基頻以下調(diào)速和基頻以上調(diào)速兩個范圍，采用不同的根本控制戰(zhàn)略基頻以上調(diào)速兩個范圍，采用不同的根本控制戰(zhàn)略-39-39-4.2.1.1 根本思緒根本思緒 為了既充分利用鐵心，又不至于使得鐵心飽和，交為了既充分利用鐵心，又不至于使得鐵心飽和，交流異步電動機調(diào)速過程中要堅持電動機中每極磁通量流異步電動機調(diào)速過程中要堅持電動機中每極磁通量為額定值不變。為額定值不變。 不同于他勵直流電動機勵磁回路獨立，易于堅持其不同于他勵直流電動機勵磁回路獨立，易于堅持其恒定，如何在交流異步電動機控制中堅持磁通恒定是恒定，如何在交流異步電動機控制中堅持磁通恒定是實現(xiàn)變頻變壓調(diào)

24、速的先決條件。實現(xiàn)變頻變壓調(diào)速的先決條件。-40-40- 三相異步電動機定子每相電動勢的有效值與定子頻三相異步電動機定子每相電動勢的有效值與定子頻率和每極氣隙磁通量的關(guān)系如下率和每極氣隙磁通量的關(guān)系如下gssNsm4.44Ef N k4-16氣隙磁通在定子每相中氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值感應(yīng)電動勢的有效值 每極氣隙磁通量每極氣隙磁通量 在式在式4-16中中Ns和和kNs是常數(shù)，因此只需控制好是常數(shù)，因此只需控制好Eg和和fs，便可到達控制磁通的目的。，便可到達控制磁通的目的。 對此需求思索基頻對此需求思索基頻額定頻率以下和基頻以上兩種情況。額定頻率以下和基頻以上兩種情況。 -41-

25、41-4.2.1.2 基頻以下的恒磁通調(diào)速基頻以下的恒磁通調(diào)速 在基頻以下調(diào)速時，根據(jù)式在基頻以下調(diào)速時，根據(jù)式4-16，要堅持，要堅持m不變，當(dāng)定子頻率不變，當(dāng)定子頻率fs從額定值從額定值fsN向下調(diào)理時，必需同向下調(diào)理時，必需同時降低時降低Eg，使二者同比例下降，即應(yīng)采用電動勢頻率，使二者同比例下降，即應(yīng)采用電動勢頻率比為恒值的控制方式。比為恒值的控制方式。-42-42- 然而，從圖然而，從圖4-15所示的籠型轉(zhuǎn)子異步電動機等效電所示的籠型轉(zhuǎn)子異步電動機等效電路可見，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，為路可見，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，為到達這一目的有三種控制方式：到達這一目的

26、有三種控制方式： 1.恒壓頻比控制方式恒壓頻比控制方式 分析圖分析圖4-15的等效電路可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電動機的電動的等效電路可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電動機的電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏阻抗壓降，從而勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏阻抗壓降，從而以為定子相電壓以為定子相電壓 ，因此可以采用恒壓頻比的，因此可以采用恒壓頻比的控制方式，即有控制方式，即有sgUEssU常值4-17-43-43- 恒恒Us/ s控制方式應(yīng)按照如圖控制方式應(yīng)按照如圖4-16所示的控制曲線實所示的控制曲線實施控制。曲線為規(guī)范的恒壓頻比控制方式；曲線為施控制。曲線為規(guī)范的恒壓頻比控制方式；曲線為有定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制方式，經(jīng)過

27、外加一個補有定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制方式，經(jīng)過外加一個補償電壓償電壓Uco來提高初始定子電壓，以抑制低頻時定子阻來提高初始定子電壓，以抑制低頻時定子阻抗上壓降所占比重添加不能忽略的影響。在實踐運用中，抗上壓降所占比重添加不能忽略的影響。在實踐運用中，由于負載的變化，所需補償?shù)亩ㄗ訅航狄膊灰粯?，?yīng)備由于負載的變化，所需補償?shù)亩ㄗ訅航狄膊灰粯?，?yīng)備有不同斜率的補償曲線，以供選擇。有不同斜率的補償曲線，以供選擇。 -44-44- 采用恒壓頻比控制的系統(tǒng)特性如圖4-17所示，隨著電壓和頻率的降低，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩有較大的減少，因此在低頻時需求加定子電壓補償。但是即使如此，恒壓頻比控制方式在低頻時帶負

28、載的才干依然有限，使其調(diào)速范圍遭到限制并影響系統(tǒng)性能。 -45-45-4-19 2.恒定子電動勢頻比控制方式 再次分析圖4-15的異步電動機的等效電路，可以發(fā)現(xiàn)：假設(shè)可以進一步提高定子電壓，完全補償定子阻抗的壓降，就能實現(xiàn)恒定子電動勢頻比的控制方式，即有g(shù)sE常值4-18gr222rsr lEIRLs轉(zhuǎn)子電流：轉(zhuǎn)子電流：-46-46-代入電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系式，可得代入電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系式，可得 2pg2srrerp2222ssrsr33lnEsRRTInsRsL4-20在式在式4-20中對中對s求導(dǎo)，并令求導(dǎo)，并令dTe/ds=0，可得最大，可得最大轉(zhuǎn)矩及對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)矩及對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)差率(臨界轉(zhuǎn)差率

29、臨界轉(zhuǎn)差率) rmaxsr lRsL2gemaxpsr312lETnL4-214-22-47-47-根據(jù)式根據(jù)式4-20、4-21和和4-22畫出的的機械畫出的的機械特性如圖特性如圖4-18所示所示rmaxsr lRsLsmax與定子頻率與定子頻率s成反比成反比2gemaxpsr312lETnL最大轉(zhuǎn)矩因最大轉(zhuǎn)矩因Eg/s堅持恒堅持恒值而不變，這闡明特性曲值而不變，這闡明特性曲線應(yīng)從額定曲線平行下移線應(yīng)從額定曲線平行下移-48-48- 采用恒采用恒Eg/fs控制控制方式的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)方式的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)于恒壓頻性能優(yōu)于恒壓頻比控制方式，這比控制方式，這也正是在恒壓頻也正是在恒壓頻比控制方式中采比控

30、制方式中采用定子壓降補償用定子壓降補償所帶來的益處。所帶來的益處。-49-49- 3.恒轉(zhuǎn)子電動勢頻比控制方式 進一步研討圖4-15的等效電路，可以想象假設(shè)可以經(jīng)過某種方式直接控制轉(zhuǎn)子電動勢，使其按照恒轉(zhuǎn)子電動勢頻比進展控制，即有rsE常值4-23rrr/EIRs轉(zhuǎn)子電流：轉(zhuǎn)子電流：4-24-50-50-而電磁轉(zhuǎn)矩那么變?yōu)槎姶呸D(zhuǎn)矩那么變?yōu)?2p2srrerpssr33nsRETInsR4-25 由式由式4-25可知，當(dāng)采用恒可知，當(dāng)采用恒 Er/ s 控制方式時，控制方式時，異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性Te=fs變?yōu)榫€性關(guān)系，變?yōu)榫€性關(guān)系， 其其特性曲線如圖特性曲線如圖4-19所

31、示，是一條下斜的直線，獲得與所示，是一條下斜的直線，獲得與直流電動機一樣的穩(wěn)態(tài)性能。這也正是高性能交流調(diào)直流電動機一樣的穩(wěn)態(tài)性能。這也正是高性能交流調(diào)速系統(tǒng)想要到達的目的。速系統(tǒng)想要到達的目的。-51-51-52-52- 比較三種控制方式 1) 恒Us/s控制方式最容易實現(xiàn)，但系統(tǒng)性能普通，調(diào)速范圍有限，適用于對調(diào)速要求不太高的場所，比如：風(fēng)機、水泵的節(jié)能控制等； 2) 恒Eg/s控制方式因其定子壓降得到完全補償，在調(diào)速過程中最大轉(zhuǎn)矩堅持不變，系統(tǒng)性能優(yōu)于前者，但其機械特性還是非線性的，輸出轉(zhuǎn)矩的才干仍受一定限制； 3) 恒Er/s控制方式能獲得與直流電動機一樣的線性機械特性，其動靜態(tài)性能優(yōu)越

32、，適用于各種高性能要求的電力傳動場所，但其控制相對復(fù)雜。 如何實現(xiàn)恒Er /s控制采用矢量控制方法 -53-53-4.2.1.3 基頻以上的恒壓變頻調(diào)速基頻以上的恒壓變頻調(diào)速 在基頻在基頻fsN以上變頻調(diào)速時，由于定子電壓不宜超越以上變頻調(diào)速時，由于定子電壓不宜超越其額定電壓長期運轉(zhuǎn)，其額定電壓長期運轉(zhuǎn)， 因此普通需采取因此普通需采取Us=UsN不變的不變的控制戰(zhàn)略。這時機械特性方程式及最大轉(zhuǎn)矩方程式應(yīng)寫控制戰(zhàn)略。這時機械特性方程式及最大轉(zhuǎn)矩方程式應(yīng)寫成成2reps2222ssrssr3llsRTn UsRRsLL2emaxps222sssssr312llTn URRLL4-264-27-54

33、-54- 由式4-26和4-27可知Te及Temax近似與定子角頻率s成反比。當(dāng)s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，而外形根本不變，如圖4-20所示。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)速卻升高了，可以以為輸出功率根本不變。所以基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。 -55-55-56-56-4.2.1.4 基頻以下和基頻以上的配合控制基頻以下和基頻以上的配合控制 假設(shè)采用籠型轉(zhuǎn)子異步電動機實現(xiàn)大范圍的調(diào)速，假設(shè)采用籠型轉(zhuǎn)子異步電動機實現(xiàn)大范圍的調(diào)速，需求基頻以下和基頻以上的配合控制，其控制戰(zhàn)略需求基頻以下和基頻以上的配合控制，其控制戰(zhàn)略是：是： 1

34、在基頻以下，以堅持磁通恒定為目的，采用變在基頻以下，以堅持磁通恒定為目的，采用變壓變頻協(xié)調(diào)控制；壓變頻協(xié)調(diào)控制； 2在基頻以上，以堅持定子電壓恒定為目的，采在基頻以上，以堅持定子電壓恒定為目的，采用恒壓變頻控制。用恒壓變頻控制。-57-57- 配合控制的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性如圖配合控制的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性如圖4-21所示，基頻以下變所示，基頻以下變壓變頻控制時，其磁通堅持恒定，轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于恒壓變頻控制時，其磁通堅持恒定，轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)；基頻以上恒壓變頻控制時，其磁通減小，轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)；基頻以上恒壓變頻控制時，其磁通減小，轉(zhuǎn)矩也減小，但功率堅持不變，屬于弱磁恒功率調(diào)速性轉(zhuǎn)矩也減小，但功率堅

35、持不變，屬于弱磁恒功率調(diào)速性質(zhì)。這與他勵直流電動機的配合控制類似。質(zhì)。這與他勵直流電動機的配合控制類似。-58-58-1系統(tǒng)組成與控制原理系統(tǒng)組成與控制原理 轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)由電壓型轉(zhuǎn)速開環(huán)的交流調(diào)速系統(tǒng)由電壓型PWM變頻器作變頻器作為供電電源，采用恒為供電電源，采用恒Us/s控制方式?？刂品绞?。 4.2.2 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng) 函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器FG產(chǎn)生由恒產(chǎn)生由恒Us/ s控制曲線決議控制曲線決議的的U*s 電壓發(fā)生器電壓發(fā)生器VG根據(jù)根據(jù)Us和和s計算三相電計算三相電壓給定信號壓給定信號-59-59- 轉(zhuǎn)速開環(huán)的恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺

36、陷：轉(zhuǎn)速開環(huán)的恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺陷： 優(yōu)點：構(gòu)造簡單，便于控制，采用通用變頻器選型優(yōu)點：構(gòu)造簡單，便于控制，采用通用變頻器選型方便，價錢低廉，系統(tǒng)可靠。方便，價錢低廉，系統(tǒng)可靠。 缺陷：由于是開環(huán)控制，系統(tǒng)的動靜態(tài)性能有限，缺陷：由于是開環(huán)控制，系統(tǒng)的動靜態(tài)性能有限，適用于對調(diào)速目的要求不太高的場所，比如風(fēng)機和適用于對調(diào)速目的要求不太高的場所，比如風(fēng)機和泵類負載的節(jié)能控制等。泵類負載的節(jié)能控制等。 2運用實例運用實例-風(fēng)機、水泵節(jié)能控制風(fēng)機、水泵節(jié)能控制 能源和環(huán)境是目前全球經(jīng)濟開展中倍受關(guān)注的兩大能源和環(huán)境是目前全球經(jīng)濟開展中倍受關(guān)注的兩大問題。電氣傳動系統(tǒng)是能源的耗費大戶，據(jù)報道，

37、問題。電氣傳動系統(tǒng)是能源的耗費大戶，據(jù)報道，我國發(fā)電總量的我國發(fā)電總量的60%以上是經(jīng)過電動機耗費的。風(fēng)以上是經(jīng)過電動機耗費的。風(fēng)機和泵類是長期以來最為常用的消費設(shè)備，其電氣機和泵類是長期以來最為常用的消費設(shè)備，其電氣傳動安裝的容量約占工業(yè)電氣傳動總?cè)萘康膫鲃影惭b的容量約占工業(yè)電氣傳動總?cè)萘康?0%。-60-60- 傳統(tǒng)上，風(fēng)機和泵類的電氣傳動安裝多采用恒速控傳統(tǒng)上，風(fēng)機和泵類的電氣傳動安裝多采用恒速控制，其電氣傳動系統(tǒng)較為簡單，普通采用三相交流母制，其電氣傳動系統(tǒng)較為簡單，普通采用三相交流母線供電、電器控制、籠型異步電動機恒速傳動。通常線供電、電器控制、籠型異步電動機恒速傳動。通常做工廠設(shè)計

38、時，按消費中能夠需求的最大風(fēng)量與流量做工廠設(shè)計時，按消費中能夠需求的最大風(fēng)量與流量選擇風(fēng)機和泵，并留有一定的裕量。拖動風(fēng)機和泵類選擇風(fēng)機和泵，并留有一定的裕量。拖動風(fēng)機和泵類的電動機實踐傳動功率為的電動機實踐傳動功率為 mPQH4-28功率系數(shù)功率系數(shù) 風(fēng)機的風(fēng)量或水泵的流量風(fēng)機的風(fēng)量或水泵的流量 -61-61-H為風(fēng)機的風(fēng)壓或水泵的揚程，且有為風(fēng)機的風(fēng)壓或水泵的揚程，且有 2001HHHQ4-29 H0為風(fēng)機和水泵流量為零時的揚程，即有為風(fēng)機和水泵流量為零時的揚程，即有Q=0時，時，H=H0。 在實踐消費中，由于電動機恒速運轉(zhuǎn)，任務(wù)在滿在實踐消費中，由于電動機恒速運轉(zhuǎn)，任務(wù)在滿速，只能經(jīng)過擋

39、板或閥門來調(diào)理風(fēng)量和流量。風(fēng)機速，只能經(jīng)過擋板或閥門來調(diào)理風(fēng)量和流量。風(fēng)機和泵類負載采用恒速拖動的任務(wù)特性曲線如圖和泵類負載采用恒速拖動的任務(wù)特性曲線如圖4-23a所示所示 -62-62- 1采用恒速控制，運轉(zhuǎn)于采用恒速控制，運轉(zhuǎn)于額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 曲線曲線C1，擋板或閥門全部翻，擋板或閥門全部翻開，輸出的風(fēng)量或流量為開，輸出的風(fēng)量或流量為QA，風(fēng)壓或揚程為風(fēng)壓或揚程為HA 曲線曲線C2，將擋板或閥門部分，將擋板或閥門部分封鎖，輸出的風(fēng)量或流量為封鎖，輸出的風(fēng)量或流量為QB，風(fēng)壓或揚程為，風(fēng)壓或揚程為HB 存在的問題：雖然存在的問題：雖然Q減小，減小，但是但是H添加，電動機的輸出添加，電動機的

40、輸出功率變化不大，能源利用率功率變化不大，能源利用率降低降低 如何提高能源利用率？如何提高能源利用率？mPQH-63-63- 2采用調(diào)速控制采用調(diào)速控制 電動機轉(zhuǎn)速減小到電動機轉(zhuǎn)速減小到n，風(fēng)量和流量為風(fēng)量和流量為QA =QB QA 風(fēng)壓或揚程同時降為風(fēng)壓或揚程同時降為HA HA 結(jié)論：采用調(diào)速控制可結(jié)論：采用調(diào)速控制可以減少輸出功率，實現(xiàn)以減少輸出功率，實現(xiàn)節(jié)能節(jié)能mPQH-64-64-內(nèi)容回想內(nèi)容回想 1、基頻以下的恒磁通調(diào)速、基頻以下的恒磁通調(diào)速 1) 恒恒Us/ s控制方式最容易實現(xiàn)，但系統(tǒng)性能普通，控制方式最容易實現(xiàn)，但系統(tǒng)性能普通，調(diào)速范圍有限調(diào)速范圍有限 2) 恒恒Eg/ s控制

41、方式因其定子壓降得到完全補償，在控制方式因其定子壓降得到完全補償，在調(diào)速過程中最大轉(zhuǎn)矩堅持不變，系統(tǒng)性能優(yōu)于前者，調(diào)速過程中最大轉(zhuǎn)矩堅持不變，系統(tǒng)性能優(yōu)于前者，但其機械特性還是非線性的，輸出轉(zhuǎn)矩的才干仍受但其機械特性還是非線性的，輸出轉(zhuǎn)矩的才干仍受一定限制一定限制 3) 恒恒Er/ s控制方式能獲得與直流電動機一樣的線性控制方式能獲得與直流電動機一樣的線性機械特性，其動靜態(tài)性能優(yōu)越，適用于各種高性能機械特性，其動靜態(tài)性能優(yōu)越，適用于各種高性能要求的電力傳動場所，但其控制相對復(fù)雜要求的電力傳動場所，但其控制相對復(fù)雜-65-65- 2、基頻以上的恒壓變頻調(diào)速-66-66- 3、基頻以下和基頻以上的

42、配合控制-67-67- 4、轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)-68-68- 5、風(fēng)機、水泵節(jié)能控制mPQH-69-69-4.2.3 轉(zhuǎn)速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調(diào)速系統(tǒng) 為了抑制開環(huán)控制的缺乏，提高系統(tǒng)性能，需引入轉(zhuǎn)速反響控制。 1系統(tǒng)組成和控制原理 系統(tǒng)仍選用電壓型PWM變頻器作為異步電動機的供電電源，變壓變頻采取恒Eg/s控制方式，并引入了轉(zhuǎn)速反響。 SE-70-70- 2轉(zhuǎn)差頻率控制戰(zhàn)略轉(zhuǎn)差頻率控制戰(zhàn)略 1恒恒Eg/ s控制算法控制算法 利用函數(shù)發(fā)生器或算法實現(xiàn)恒利用函數(shù)發(fā)生器或算法實現(xiàn)恒Eg / s控制方式，即控制方式，即gsE常值4-30其目的是

43、為了堅持異步電動機定子氣隙磁通其目的是為了堅持異步電動機定子氣隙磁通m恒定。恒定。 -71-71- 2轉(zhuǎn)差頻率限幅控制 由于調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能取決于對轉(zhuǎn)矩控制的才干，類似于直流電動機利用控制電樞電流來控制電磁轉(zhuǎn)矩的思緒，思索到采用恒Eg/s控制方式，根據(jù)式4-20計算電磁轉(zhuǎn)矩2gsrep2222srsr3lEsRTnRsLsgssNsmsNsmssNsm14.444.4422Ef N kN kN k-72-72-222srepsNsm2222rsr32lsRTn N kRsL22mpsNs32Kn N kssls2sremm2222rsrllRTKRsL4-32-73-73- 當(dāng)電動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)

44、時，因當(dāng)電動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時，因s值很小，值很小， sl也很小，這時也很小，這時可以以為可以以為 slLlrRr，那么轉(zhuǎn)矩公式可以近似為，那么轉(zhuǎn)矩公式可以近似為 2semmrlTKR4-33 式式4-33闡明，當(dāng)異步電動機在闡明，當(dāng)異步電動機在s值很小的穩(wěn)態(tài)值很小的穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，假設(shè)可以堅持定子氣隙磁通運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，假設(shè)可以堅持定子氣隙磁通m不變，不變， 其電磁轉(zhuǎn)矩其電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)差角頻率與轉(zhuǎn)差角頻率 sl成正比。成正比。 這意味著在這意味著在異步電動機中控制異步電動機中控制 sl，就象在直流電動機中控制電，就象在直流電動機中控制電樞電流一樣，可以到達間接控制轉(zhuǎn)矩的目的。樞電流一樣，可以到達間接

45、控制轉(zhuǎn)矩的目的。 -74-74- 為了控制為了控制 sl，在系統(tǒng)中設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)理器，在系統(tǒng)中設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR，其，其輸出作為轉(zhuǎn)差給定信號輸出作為轉(zhuǎn)差給定信號 *sl；為限制異步電動機在穩(wěn)；為限制異步電動機在穩(wěn)態(tài)范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，設(shè)置態(tài)范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)，設(shè)置ST飽和限幅，使得轉(zhuǎn)差角頻率飽和限幅，使得轉(zhuǎn)差角頻率 sl在限幅范圍內(nèi)與電磁轉(zhuǎn)矩在限幅范圍內(nèi)與電磁轉(zhuǎn)矩Te成正比，并對式成正比，并對式4-32取取dTe/d sl =0，求取最大轉(zhuǎn)差，求取最大轉(zhuǎn)差 slmax作為限幅作為限幅值，即有值，即有 rs maxrllRL4-34-75-75- 這樣就可以經(jīng)過轉(zhuǎn)差控制來控制轉(zhuǎn)矩，并能根本這樣就可以經(jīng)過轉(zhuǎn)差控制來

46、控制轉(zhuǎn)矩，并能根本堅持堅持Te與與 sl成正比，其作用就象在直流調(diào)速系統(tǒng)中成正比，其作用就象在直流調(diào)速系統(tǒng)中用電樞電流控制轉(zhuǎn)矩類似。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率控用電樞電流控制轉(zhuǎn)矩類似。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到制的異步電動機轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了改善。了改善。 必需指出，上述轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律是在堅持必需指出，上述轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律是在堅持m恒恒定的前提下獲得的，而采用恒定的前提下獲得的，而采用恒Eg/ s控制就是為了到控制就是為了到達堅持達堅持m恒定的目的。恒定的目的。 -76-76- 假設(shè)系統(tǒng)中假設(shè)系統(tǒng)中ASR采用采用PI調(diào)理器，可以實現(xiàn)無靜差調(diào)調(diào)理器，

47、可以實現(xiàn)無靜差調(diào)速，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度有較大的提高。又因采用了恒速，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度有較大的提高。又因采用了恒定子電動勢頻比控制方式，即滿足恒定子電動勢頻比控制方式，即滿足恒Eg/ s控制特性，控制特性， 因此，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能如圖因此，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能如圖4-18所示，其輸出的最大所示，其輸出的最大轉(zhuǎn)矩在調(diào)速過程中堅持不變，具有低頻帶負載的才干，轉(zhuǎn)矩在調(diào)速過程中堅持不變，具有低頻帶負載的才干，擴展了調(diào)速范圍。擴展了調(diào)速范圍。 然而，雖然轉(zhuǎn)速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調(diào)速然而，雖然轉(zhuǎn)速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)具有較好的動、靜態(tài)性能，但是還不能完全到達系統(tǒng)具有較好的動、靜態(tài)性能，但是還不能完

48、全到達直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的程度，具有一定的局限性。其主要直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的程度，具有一定的局限性。其主要緣由在于：緣由在于：-77-77- 1采用采用FG實現(xiàn)恒實現(xiàn)恒Eg/ s控制算法依賴于定子壓降補控制算法依賴于定子壓降補償償U*co，但其大小與定子電流有關(guān)，因此固定的，但其大小與定子電流有關(guān)，因此固定的U*co設(shè)置會帶來補償誤差；設(shè)置會帶來補償誤差； 2轉(zhuǎn)差頻率控制的系統(tǒng)分析和設(shè)計是基于穩(wěn)態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率控制的系統(tǒng)分析和設(shè)計是基于穩(wěn)態(tài)模型的，因此堅持恒定只需在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時成立，在動態(tài)過程的，因此堅持恒定只需在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時成立，在動態(tài)過程中的變化會影響系統(tǒng)的實踐動態(tài)性能；中的變化會影響系統(tǒng)的實踐動態(tài)性能

49、； 3在頻率控制環(huán)節(jié)，定子頻率由轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)差頻率合在頻率控制環(huán)節(jié)，定子頻率由轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)差頻率合成，即成，即 *s= r+ *sl，但是由于轉(zhuǎn)速檢測的誤差會呵斥，但是由于轉(zhuǎn)速檢測的誤差會呵斥頻率控制信號的誤差。頻率控制信號的誤差。 假設(shè)需求進一步提高系統(tǒng)性能，那么應(yīng)采用動態(tài)模型假設(shè)需求進一步提高系統(tǒng)性能，那么應(yīng)采用動態(tài)模型來描畫系統(tǒng)，并設(shè)法采用恒來描畫系統(tǒng)，并設(shè)法采用恒Er/ s控制方式，控制方式， 這是矢量這是矢量控制要處理的問題。控制要處理的問題。-78-78-4.2.4 按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng) 異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，是一個高階、非線性、異步電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)

50、模型，是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，雖然經(jīng)過坐標(biāo)變換有所簡化，強耦合的多變量系統(tǒng)，雖然經(jīng)過坐標(biāo)變換有所簡化，但其非線性和多變量的性質(zhì)沒有改動。但其非線性和多變量的性質(zhì)沒有改動。 為了進一步簡化系統(tǒng)模型，使之易于控制并提高性為了進一步簡化系統(tǒng)模型，使之易于控制并提高性能，許多專家學(xué)者進展了不懈的努力，終于在上世能，許多專家學(xué)者進展了不懈的努力，終于在上世紀(jì)紀(jì)70年代初提出了矢量控制年代初提出了矢量控制VC概念，其后經(jīng)過概念，其后經(jīng)過不斷開展，基于矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)成為今天不斷開展，基于矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)成為今天高性能交流電動機轉(zhuǎn)速控制的主流方案之一。高性能交流電動機轉(zhuǎn)速控制的主

51、流方案之一。-79-79- 1矢量控制系統(tǒng)的解耦模型矢量控制系統(tǒng)的解耦模型 由第由第2章的交流電動機建模實際，當(dāng)兩相旋轉(zhuǎn)章的交流電動機建模實際，當(dāng)兩相旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度等于定子供電頻率且取系的旋轉(zhuǎn)速度等于定子供電頻率且取d軸沿著轉(zhuǎn)子磁鏈軸沿著轉(zhuǎn)子磁鏈的方向時，就稱為按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，按轉(zhuǎn)的方向時，就稱為按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，按轉(zhuǎn)子磁場定向的異步電動機數(shù)學(xué)模型如下子磁場定向的異步電動機數(shù)學(xué)模型如下msdsssdrss sqrpp(290)LuRLiLiLmmsdsssdrdss sqsrqrrpp(285)LLuRLiL iLL 2msr1LL L 電機的漏磁系數(shù)電機

52、的漏磁系數(shù) -80-80-msqsssq1s sdsrrp(291)LuRLiLiLmmsqsssqrqss sdsrdrrpp(286)LLuRLiL iLL mrsdr(292)1pLiTmrdsdrdrqrr10p(287)slLiTT 4-35勵磁電流分量勵磁電流分量-81-81-mepr sqr(293)LTniLe() (289)mrd sqrq spdrLTiiLn4-36電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩分量分量-82-82- 式式4-35闡明：闡明： 轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量isd產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量量isq無關(guān)，即定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解無關(guān)

53、，即定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的耦的 r與與isd之間的關(guān)系是一階慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為之間的關(guān)系是一階慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為轉(zhuǎn)子磁鏈勵磁時間常數(shù)轉(zhuǎn)子磁鏈勵磁時間常數(shù)Tr 假設(shè)能堅持轉(zhuǎn)子磁鏈恒定，那么電磁轉(zhuǎn)矩就由定子假設(shè)能堅持轉(zhuǎn)子磁鏈恒定，那么電磁轉(zhuǎn)矩就由定子電流轉(zhuǎn)矩分量電流轉(zhuǎn)矩分量isq控制，這與直流電動機的轉(zhuǎn)矩由電控制，這與直流電動機的轉(zhuǎn)矩由電樞電流控制相仿樞電流控制相仿mrsdr(292)1pLiT4-35-83-83- 式式4-35、式、式4-36構(gòu)成按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量構(gòu)成按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制根本方程式，按照這組根本方程式，以電流為主要控制根本方程式，按照這組根本方程式，

54、以電流為主要變量，可建立如圖變量，可建立如圖4-25所示的異步電動機的矢量變換與所示的異步電動機的矢量變換與電流解耦模型。電流解耦模型。 -84-84- 圖中異步電動機模型經(jīng)過矢量變換，將定子電流解圖中異步電動機模型經(jīng)過矢量變換，將定子電流解耦成耦成isd和和isq兩個分量，假設(shè)轉(zhuǎn)子磁鏈堅持恒定，那么兩個分量，假設(shè)轉(zhuǎn)子磁鏈堅持恒定，那么系統(tǒng)被分成系統(tǒng)被分成Te r和和r兩個子系統(tǒng)，就象直流電動兩個子系統(tǒng)，就象直流電動機分為勵磁和電樞兩個子系一致樣，因此又稱為等效機分為勵磁和電樞兩個子系一致樣，因此又稱為等效直流電動機模型。直流電動機模型。 2矢量控制系統(tǒng)的根本思想和處理方案矢量控制系統(tǒng)的根本思

55、想和處理方案 由圖由圖4-25的異步電動機的電流解耦模型可見，經(jīng)過的異步電動機的電流解耦模型可見，經(jīng)過坐標(biāo)變換、主磁鏈按轉(zhuǎn)子磁鏈定向等計算處置，一個坐標(biāo)變換、主磁鏈按轉(zhuǎn)子磁鏈定向等計算處置，一個異步電動機在模型上被等效為直流電動機。而且該等異步電動機在模型上被等效為直流電動機。而且該等效直流電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩是分別的，可以分別進展效直流電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩是分別的，可以分別進展單獨控制。這樣，就可以按直流電動機的控制思緒來單獨控制。這樣，就可以按直流電動機的控制思緒來控制交流電動機，并實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的解耦控制交流電動機，并實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的解耦控制，這就是矢量控制的根本思想?？刂?，這就是矢

56、量控制的根本思想。-85-85- 按照矢量控制的根本思想，異步電動機的矢量控制按照矢量控制的根本思想，異步電動機的矢量控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方案大致有兩類系統(tǒng)的實現(xiàn)方案大致有兩類 一類根據(jù)異步電動機的電流解耦模型，采用電流型一類根據(jù)異步電動機的電流解耦模型，采用電流型PWM變頻器來直接構(gòu)建矢量控制系統(tǒng)變頻器來直接構(gòu)建矢量控制系統(tǒng) 另一類引入電流閉環(huán)控制構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)另一類引入電流閉環(huán)控制構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過電流內(nèi)環(huán)將電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，采用電壓過電流內(nèi)環(huán)將電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，采用電壓型型PWM變頻器來實現(xiàn)矢量控制系統(tǒng)變頻器來實現(xiàn)矢量控制系統(tǒng)-86-86-內(nèi)容回想內(nèi)容回想 1、轉(zhuǎn)速閉

57、環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)SE-87-87- 2矢量控制系統(tǒng)的解耦模型 mrsdr(435)1pLiTmepr sqr(436)LTniL-88-88- 3矢量控制系統(tǒng)的根本思想矢量控制系統(tǒng)的根本思想 經(jīng)過坐標(biāo)變換、主磁鏈按轉(zhuǎn)子磁鏈定向等計算處置，經(jīng)過坐標(biāo)變換、主磁鏈按轉(zhuǎn)子磁鏈定向等計算處置，一個異步電動機在模型上被等效為直流電動機。而一個異步電動機在模型上被等效為直流電動機。而且該等效直流電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩是分別的，可以且該等效直流電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩是分別的，可以分別進展單獨控制。這樣，就可以按直流電動機的分別進展單獨控制。這樣，就可以按直流電動

58、機的控制思緒來控制交流電動機，并實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩控制思緒來控制交流電動機，并實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的解耦控制轉(zhuǎn)速的解耦控制 4、矢量控制系統(tǒng)的處理方案、矢量控制系統(tǒng)的處理方案 一類根據(jù)異步電動機的電流解耦模型，采用電流型一類根據(jù)異步電動機的電流解耦模型，采用電流型PWM變頻器來直接構(gòu)建矢量控制系統(tǒng)變頻器來直接構(gòu)建矢量控制系統(tǒng) 另一類引入電流閉環(huán)控制構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)另一類引入電流閉環(huán)控制構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過電流內(nèi)環(huán)將電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，采用電壓過電流內(nèi)環(huán)將電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，采用電壓型型PWM變頻器來實現(xiàn)矢量控制系統(tǒng)變頻器來實現(xiàn)矢量控制系統(tǒng)-89-89-1采用電流型采用電流型PWM變

59、頻器的矢量控制的系統(tǒng)方案變頻器的矢量控制的系統(tǒng)方案 該系統(tǒng)設(shè)置了轉(zhuǎn)速調(diào)理器該系統(tǒng)設(shè)置了轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR和磁鏈調(diào)理器和磁鏈調(diào)理器AR分別分別對轉(zhuǎn)速和磁通進展分別控制。對轉(zhuǎn)速和磁通進展分別控制。 由由ASR和和AR輸出的轉(zhuǎn)輸出的轉(zhuǎn)矩電流矩電流isq*和磁鏈電流分量和磁鏈電流分量isd*，經(jīng)坐標(biāo)反變換構(gòu)成三，經(jīng)坐標(biāo)反變換構(gòu)成三相定子電流給定信號相定子電流給定信號iA*、iB*、iC*，控制電流滯環(huán)跟，控制電流滯環(huán)跟蹤蹤PWM變頻器變頻器CHBPWM。 -90-90-2采用電壓型采用電壓型PWM變頻器的矢量控制的系統(tǒng)方案變頻器的矢量控制的系統(tǒng)方案 系統(tǒng)中引入電流閉環(huán)，設(shè)置兩個電流調(diào)理器構(gòu)成了轉(zhuǎn)系統(tǒng)中引

60、入電流閉環(huán)，設(shè)置兩個電流調(diào)理器構(gòu)成了轉(zhuǎn)速和磁鏈兩個獨立的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過電流內(nèi)環(huán)將速和磁鏈兩個獨立的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，經(jīng)過電流內(nèi)環(huán)將電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，采用電壓型正弦電流控制轉(zhuǎn)換為電壓控制，采用電壓型正弦PWM變頻變頻器或電壓空間矢量器或電壓空間矢量PWM變頻器來實現(xiàn)矢量控制系統(tǒng)變頻器來實現(xiàn)矢量控制系統(tǒng) -91-91- 3直接轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)直接轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制系統(tǒng) 系統(tǒng)主要由磁鏈調(diào)理器系統(tǒng)主要由磁鏈調(diào)理器AR和轉(zhuǎn)速調(diào)理器和轉(zhuǎn)速調(diào)理器ASR所所構(gòu)成，分別控制磁場和轉(zhuǎn)速兩個子系統(tǒng)。構(gòu)成，分別控制磁場和轉(zhuǎn)速兩個子系統(tǒng)。 在圖在圖4-25所示的異步電動機電流解耦模型中，雖然所示