變頻器與拖動基礎(chǔ)和原理

變頻器與拖動基礎(chǔ)和原理

Motion&DrivesMKT2010.09變頻器原理

目錄電力拖動的基本概念變頻器原理負載類型電力拖動的基本概念異步電機的結(jié)構(gòu)和原理異步電機的調(diào)速異步電機的起動和制動其它形式的電動機異步電動機的結(jié)構(gòu)和原理異步電動機的結(jié)構(gòu)異步電動機的結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子風(fēng)扇機殼接線盒軸伸定子鐵心與繞組定子鐵心均布的槽中嵌有三相對稱繞組。鐵心繞組轉(zhuǎn)子鐵心和繞組鑄鋁轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子iNSA010通電線圈產(chǎn)生磁場B(Tesla).BB磁場強度和電流大小成正比Current:i(A)Time:t(s)0T/2T2T3T/2我們將獲得“正弦變化的磁場"如果線圈通正弦規(guī)律變化的電流:工作原理iiiTemps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Time:t(s)0T/2T2T3T/2Current:i(A)空間對稱的三個線圈通時間上對稱的三相交流電流每個線圈各自產(chǎn)生一個磁場最后的空間磁場是這三個磁場的矢量和這個磁場是空間旋轉(zhuǎn)的稱為:“旋轉(zhuǎn)磁場"旋轉(zhuǎn)磁場異步電機iiiTemps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Temps:t(s)0T/2T2T3T/2Courant:i(A)Time:t(s)0T/2T2T3T/2Current:i(A)旋轉(zhuǎn)的磁場將會在圓盤中產(chǎn)生“感生電流"

在磁場中，通過電流的導(dǎo)體將受力（左手定則）。該力使圓盤旋轉(zhuǎn)，以克服外加磁場的影響這是

異步電動機的名稱由來

但圓盤旋轉(zhuǎn)的速度與磁場旋轉(zhuǎn)的速度是不同的通常我們稱滑差如果我們在線圈中心放一個圓盤同步轉(zhuǎn)速定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速記為n1，又稱為同步速:式中：n1的單位為每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）f為電源的頻率p為繞組磁場的極數(shù)例如，對工頻50Hz電源，2極，4極，6極，8極電機的同步轉(zhuǎn)速分別為：3000rpm,1500rpm,1000rpm,750rpm,等等轉(zhuǎn)子是怎樣轉(zhuǎn)起來的？轉(zhuǎn)子導(dǎo)體橫切氣隙旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢（右手定則）感應(yīng)電勢在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生電磁力（左手定則）電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同轉(zhuǎn)子電流也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場該磁場的轉(zhuǎn)速與所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速一樣，都是同步速在穩(wěn)態(tài)情況下，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁場與定子是相對靜止的實際上，氣隙磁場是定子與轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的電流之和。電網(wǎng)直接啟動速度(tr/min)電流(A)異步電動機的轉(zhuǎn)速異步電動機的轉(zhuǎn)速可表示為：式中S稱為滑差率；當(dāng)電機剛剛開始起動時，n=0，s=1；若電機處于理想空載，n=n1,s=0，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場同步，故n1稱為同步轉(zhuǎn)速；額定負載情況下，s為2—5%，所以異步電機的額定轉(zhuǎn)速nN總是接近同步速，如2890rpm,1450rpm,975rpm,741rpm等等?；盥实拇笮》从沉穗姍C的不同運行狀態(tài)。異步電機的等值電路模型要精確地控制電機需要盡量了解電機的定子、轉(zhuǎn)子繞組電阻R1,R2，定子、轉(zhuǎn)子漏抗X1,X2以及激磁阻抗Rm,Xm等；這些參數(shù)需要通過根據(jù)銘牌參數(shù)如電機額定電壓UN，額定電流IN，額定轉(zhuǎn)速nN，功率因數(shù)COSPHi計算得到。異步電機的轉(zhuǎn)矩特性藍色為轉(zhuǎn)矩特性，紅色為負載特性，(nN,TN)為額定工作點Tm為可能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩Tst為起動轉(zhuǎn)矩異步電機機械特性與電源電壓的關(guān)系輸出轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比；起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比；隨著電壓的降低，最大轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速都會降低；降低電源電壓，可以降低起動電流，但起動轉(zhuǎn)矩成平方倍地下降；星三角起動，自耦變壓器起動以及軟起動器起動都屬于這類應(yīng)用；這種方法不適于調(diào)速，因為調(diào)速范圍很窄而且效率很低。異步電機機械特性與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系最大輸出轉(zhuǎn)矩Tm的大小與轉(zhuǎn)子電阻R2的大小沒有關(guān)系。對應(yīng)Tm的轉(zhuǎn)速與R2的值有關(guān)，轉(zhuǎn)子電阻越大，對應(yīng)Tm的轉(zhuǎn)速越低。對繞線轉(zhuǎn)子電機，若在轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)電阻，則能夠增大起動轉(zhuǎn)矩，在起動過程中，連續(xù)減小或逐級切除串聯(lián)的電阻，則能夠在起動過程中增大起動轉(zhuǎn)矩，加速起動過程；對繞線轉(zhuǎn)子電機，若在轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)大小可調(diào)的電阻，則能夠調(diào)節(jié)穩(wěn)定運行的轉(zhuǎn)速；通過改變轉(zhuǎn)子電阻的起動和調(diào)速方法僅僅適用于繞線電機，曾經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。存在效率低下，起動裝置笨重，電機和起動裝置造價高維護率高且困難等缺點。異步電機機械特性與電源頻率的關(guān)系在其它變量滿足特定要求的情況下，改變電源頻率可以有效地改變機械特性，而最大轉(zhuǎn)矩基本不變；在負載特性為恒定轉(zhuǎn)矩的情況下，穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速可以與頻率有較好的線性關(guān)系。在頻率很低的情況下，機械特性變差。復(fù)習(xí)轉(zhuǎn)速的公式電機和負載的轉(zhuǎn)速與頻率，電機的極數(shù)和滑差率有關(guān)。改變滑差調(diào)速調(diào)節(jié)電源電壓：在電源與電機之間串電抗通過調(diào)壓變壓器或自耦變壓器效率低下，功率因數(shù)低成本高調(diào)速效果不明顯改變轉(zhuǎn)子電阻可連續(xù)調(diào)速，甚至可以控制電機反轉(zhuǎn)，適用于提升應(yīng)用可以獲得較好的起動特性逐級切換電阻和頻敏電阻僅僅適用于繞線轉(zhuǎn)子電機，不能用于更加普遍的鼠籠轉(zhuǎn)子電機效率低下，調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速以下裝置復(fù)雜，體積大，電機和起動裝置成本高維護頻度高且維修成本高。逐漸淘汰變極調(diào)速對恒定轉(zhuǎn)矩的負載，轉(zhuǎn)速與電機繞組的極數(shù)成反比；這種方法在過去的機床行業(yè)和風(fēng)機中獲得廣泛的應(yīng)用；為有級調(diào)速，能獲得的轉(zhuǎn)速數(shù)目只有兩種或三種；不能連續(xù)調(diào)速；需要電機定子有多套繞組或繞組有多種接法；電機造價高，效率低；逐漸淘汰變頻調(diào)速轉(zhuǎn)速與頻率成正比能夠連續(xù)調(diào)速操作方便，噪聲低調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高效率高，功率因數(shù)高（采取措施）可以控制起動，運行，停止（鎖定輸出，線性制動或軟停止）可靠性高，易于維護起動電流和運行電流小，過載能力大傳統(tǒng)調(diào)速方法的優(yōu)缺點機械調(diào)速(制動器,離合器,齒輪箱,皮帶輪,鏈條等)有極調(diào)速,效率低下液力耦合器可實現(xiàn)無級跳速成本適中裝置復(fù)雜,維護量大機電式滑差調(diào)速(繞線轉(zhuǎn)子電機)實現(xiàn)簡單,成本適中繞線電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜,維護量大效率低下渦流調(diào)速簡單可行連續(xù)調(diào)速效率低下,需要冷卻裝置(水冷或空氣冷卻)變頻器和軟起動器的區(qū)別軟起動器軟起動器是一種智能化的降壓起動器,在起動電機時可以有效地控制和限制起動電流,同時可減少對電機及其驅(qū)動的設(shè)備的機械應(yīng)力.軟起動可以將機械從零速平滑地加速到額定轉(zhuǎn)速,也可以控制平滑地減速到零速在只需要軟起動和軟停止而不需要調(diào)速的場合可以使用軟起動器軟起動器為了降低起動電流,必須實施降壓起動,同時降低了起動轉(zhuǎn)矩變頻器變頻器可以實現(xiàn)軟起動和軟停止也可以根據(jù)負載的變化和系統(tǒng)的要求調(diào)節(jié)速度和改變輸出轉(zhuǎn)矩電機起動后可以不以工頻轉(zhuǎn)速運行變頻器在起動電機的同時不必降低起動轉(zhuǎn)矩結(jié)論從功能上,變頻器可以取代軟起動器,但軟起動器不能取代變頻器從成本上,變頻器高于軟起動器,但其優(yōu)勢自不待言.變頻調(diào)速的優(yōu)勢效率最高的調(diào)速方法維護率很低控制靈活,可集成多種功能可四象限運行使用最最普通的鼠籠式異步電動機初始投資可能略大,但是可以快速收回投資,并創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益節(jié)能,尤其是風(fēng)機,泵和空氣壓縮機機械磨損減少,降低維護費用提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率,軟起動,減少對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊中央空調(diào)系統(tǒng)的控制送風(fēng)風(fēng)機采用流量調(diào)節(jié)的方法及效果比較圖示四種流量調(diào)節(jié)方法節(jié)能效果比較在80%流量處:擋板控制–吸收93%電動機功率IGV控制–吸收70%電動機功率渦流耦合控制–吸收67%電動機功率VSD控制–吸收51%電動機功率變頻器快速增長的原因節(jié)能,尤其是風(fēng)機,泵和壓縮機應(yīng)用通過減少傳動環(huán)節(jié)的應(yīng)力提高機械設(shè)備的使用壽命減少電機中的電流沖擊,從而延長電機的使用壽命可以使用通用的鼠籠式異步電機,價格低廉,安裝維護簡單,易于采購采用變頻器,改造原來的繞線轉(zhuǎn)子電機或直流電機非常簡單變頻器內(nèi)無接觸器和其他運動部件,是固態(tài)設(shè)備,可靠性高變頻器在加工過程中的作用過程控制可以采用數(shù)字量和模擬量控制可以采用串行連接和總線控制過程宏和專用菜單有助于過程控制的實現(xiàn)和完善從某一角度講,變頻器內(nèi)置的過程控制可以簡化甚至取代原來的機械系統(tǒng),從而降低成本,提高可靠性,簡化控制和維護.相對伺服控制的閥門,采用變頻器控制泵,可以獲得更寬的控制范圍和線性度.過程監(jiān)視變頻器的數(shù)字輸出,模擬輸出和串行連接輸出可以監(jiān)視負載變化過程中電機的狀況和過程量的動態(tài).提高產(chǎn)品質(zhì)量氣流冷凍器對產(chǎn)品的可控冷卻過程減少對敏感流體的損傷(如牛奶)避免由于閥門損壞和過熱引起的問題變頻器在機械控制中的作用減少維護量變頻器所具有的軟起和軟停功能可以顯著地減少機械系統(tǒng)和軸承的損傷,從而可以大幅度延長系統(tǒng)的使用壽命.變頻器可以明顯減少泵對供水管網(wǎng)的沖擊,從而可以減少對長距離供水管網(wǎng)的維護.降速運行可以延長軸承的使用周期.變頻器有助于避免沖擊性負載和反沖性負載,從而可以提高傳動環(huán)節(jié)如減速箱或鏈條,皮帶等的使用壽命.削弱振動和噪聲在低于額定轉(zhuǎn)速的情況下,泵和風(fēng)機的噪聲大幅度降低現(xiàn)代變頻控制可以抑制變頻器本身造成的電機的額外噪聲通過變頻控制還可以避免機械設(shè)備固有的共振同步速以上運行通過變頻器,在不使用減速箱的情況下可以使得機械運行于在額定轉(zhuǎn)速以上多個傳動點聯(lián)動運行通過變頻器,可以方便地控制多個傳動點,使其同步或比例運行變頻器對電氣方面的影響頻繁的起?？刂朴捎谧冾l器可以進行軟起,所以可以對電機和負載進行頻繁的起停和正反轉(zhuǎn)控制,而不需要過多考慮電機的熱容量電氣保護變頻器將電機屏蔽于電氣擾動之外,從電機側(cè)不能看到電網(wǎng)的瞬間波動輕微的電網(wǎng)不平衡不影響電機的平衡運行變頻器可提供電機過載,堵轉(zhuǎn),短路等的精確保護,從而避免電機的過載和堵轉(zhuǎn).效率變頻器的效率很高,可以最大限度地降低電機的損耗.變頻控制的效率遠遠優(yōu)于其它的調(diào)速方式變頻器對供電系統(tǒng)的影響軟起動變頻器近乎理想的起動電流最大程度地減少了對供電系統(tǒng)的擾動對其它設(shè)備的影響幾可忽略不計可以減少變壓器,開關(guān),電纜及其保護裝置的容量,節(jié)省投資.對于有備用發(fā)電機的場合,發(fā)電機的容量可以減少30-50%功率因數(shù)變頻器的相移功率因子接近于己于1,對于很輕的負載也是如此.從而可以省卻功率因數(shù)補償?shù)耐顿Y.短路容量通過變頻器,電機不再產(chǎn)生對電網(wǎng)的短路電流,從而可以減少開關(guān)的容量.變頻器在風(fēng)機,泵,壓縮機應(yīng)用中的其他好處不再需要壓力緩沖裝置相對間歇運行的系統(tǒng)控制效果更加連續(xù)通過一臺變頻器可以簡化多泵控制系統(tǒng)消除起動,停止時的沖擊,延長泵,軸承,閥門和管網(wǎng)等的壽命延長泵的密封和葉片的使用壽命比截流閥和擋板提供更寬的控制范圍相對閥門控制線性度和控制精度更高對舊的管網(wǎng)提供壓力限幅變頻器帶來的負面影響及其對策能耗方面電機用變頻器控制后相對于直接起動能耗增加3-5%變頻器中的能耗2-3%電機中的能耗占0-3%諧波電流變頻器中的整流環(huán)節(jié)從電網(wǎng)吸收非正弦電流,其中包括很多諧波電流諧波電流的抑制通常通過直流電抗器或交流電抗器來解決當(dāng)變頻器負載超過供電容量的30-40%,或沒有安裝電抗器,就必須評估諧波電流的影響變頻器帶來的諧波效應(yīng)遠遠低于同等容量的直流調(diào)速裝置射頻干擾伴隨PWM(脈寬調(diào)調(diào)制)的高速切換形成射頻干擾變頻器設(shè)計時需要考慮抑制這種射頻干擾,例如采用射頻干擾濾波器對于異常敏感的場合需要安裝附加射頻干擾濾波器電機噪聲變頻器的傳統(tǒng)設(shè)計會給電機帶來額外的噪聲通過提高開關(guān)頻率和WhisperWave技術(shù)可以降低電機噪聲在額定頻率和額定負載下比直接運行帶來的電機噪聲增加量不超過2-3dB一般來講,在低于額定頻率和負載下,噪聲比工頻運行還要小變速驅(qū)動器結(jié)構(gòu)控制部分應(yīng)用功能變速驅(qū)動器HMII/O通訊端口PLCM功率部分主電源變頻器制動電機/驅(qū)動器保護EMC濾波器電機控制TorqueSpeedfeedback供電網(wǎng)絡(luò)（定壓定頻）整流完整流濾波后變壓變頻濾波逆變M變頻主電路部分整流TSRD1D2D3D4D5D6整流橋M3~T1T2T3T4T5T6InverterC濾波預(yù)充電RST濾波平滑直流側(cè)電壓整流橋整流電壓逆變器產(chǎn)生頻率和電壓都可變的三相交流電umimPWM控制主回路結(jié)構(gòu)整流電壓電網(wǎng)電壓整流電流進線電流整流器3-相整流橋工作波形三角載波參考波脈沖寬度調(diào)制單相逆變示意逆變器以及脈寬調(diào)制（PWM）電流電壓單相逆變器示意單相PWM逆變器波形線電壓電流3相逆變器3-相PWM輸出波形變頻控制策略：V/F控制Module09U/f控制交流電機U/f控制

調(diào)速范圍寬：從0到最高機械速度

整個調(diào)速范圍保持力矩性能-提供與負載無關(guān)的加減速-按照設(shè)定的減速曲線減速變速驅(qū)動的目標(biāo)目標(biāo)是在整個調(diào)速范圍內(nèi)保持力矩.電機內(nèi)磁通必須維持恒定.頻率50Hz力矩10Hz30Hz0磁通問題速度變化=頻率變化.

p=polespairs對異步電機來說，磁通主要由定子產(chǎn)生定子由電壓為U，頻率為f的交流電源供給

恒磁通控制磁通恒定要求U/f恒定U/F控制定子壓降補償VnFnVm

電壓頻率V0為了在低速時必須對定子電阻上的壓降進行補償RsRr

/glslrLmImIsIrU/F控制U/F實驗室測試的力矩特性曲線(11kW400V50Hz)Tn2.TnSlipping1hz30hz40hz為了實現(xiàn)變速，必須變頻為在整個調(diào)速范圍內(nèi)維持力矩輸出，電壓/頻率必須保持恒定。V/F控制方式是最簡單的變頻器調(diào)速方式盡管這是最簡單的控制方式，但即使在最新推出的產(chǎn)品中，仍然被廣泛采用。對于負載沖擊不大，起動扭矩要求不高的應(yīng)用，這種方式是較好的選擇。同樣，對于特殊的電機驅(qū)動情形，這也是最好的選擇，特殊情形包括:特殊或未知電機高速電機并聯(lián)電機通過變壓器再驅(qū)動電機小電機測試要點總結(jié)變頻控制策略：矢量控制Module09矢量控制問題提出

前節(jié)論述的基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電機調(diào)速系統(tǒng)雖然能夠在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑調(diào)速，但是，如果遇到軋鋼機、數(shù)控機床、機器人、載客電梯等需要高動態(tài)性能的調(diào)速系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)，就不能完全適應(yīng)了。要實現(xiàn)高動態(tài)性能的系統(tǒng)，必須首先認真研究異步電機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。A1A2Us1(Is)異步電機的多變量、強耦合模型結(jié)構(gòu)

矢量控制的原理直流調(diào)速系統(tǒng)有著優(yōu)異的動靜態(tài)調(diào)速性能。原因是直流電機的磁通可通過單獨調(diào)節(jié)勵磁電流來實現(xiàn)控制，與電樞電流調(diào)節(jié)彼此互不影響，容易做到磁通恒定，在磁通恒定的情況下，扭矩與電樞電流成正比。而交流電機的磁通無法單獨控制。異步電機的模型是多輸入（電壓，電流，頻率，相位）、多輸出（磁通、轉(zhuǎn)矩），并且多個變量耦合在一起的－－－－調(diào)節(jié)電壓、電流既影響磁通又同時影響轉(zhuǎn)矩。矢量控制的出發(fā)點是通過數(shù)學(xué)的方法，對交流電機的模型進行解耦，使各物理量分解為勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，然后模仿直流電機的控制方法進行控制。（1）交流電機繞組的等效物理模型ABCABCiAiBiCFω1a）三相交流繞組（2）等效的兩相交流電機繞組Fiiω1b）兩相交流繞組

（3）旋轉(zhuǎn)的直流繞組與等效直流電機模型1FMTimitMTc）旋轉(zhuǎn)的直流繞組

兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與磁動勢（電流）空間矢量

itsiniFs1imcosimimsinitcosiβitMT圖6-52異步電動機的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖3/2——三相/兩相變換;VR——同步旋轉(zhuǎn)變換;——M軸與軸（A軸）的夾角

3/2VR等效直流電機模型ABC

iAiBiCit1im1ii異步電動機

異步電機的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖

矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*m1i*t1

1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1iβ1im1it1~反饋信號異步電動機給定信號

圖6-53矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖VR-12/3LrATRASRAR電流變換和磁鏈觀測M3~TA+++cos

sin

isnpLmis*T*eTe*rrri*sti*smi*si*si*sAi*sBi*sCistPWM變頻器微型計算機

系統(tǒng)組成帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)

矢量控制T/Tn自動補償(定子壓降和滑差補償)Fn13FhzU/F控制和矢量控制性能對比矢量控制的性能100%200%U/F控制

低速力矩降低Fn510T/TnFhz無滑差補償手動補償矢量控制的性能矢量控制下實驗室性能測試曲線整個速度范圍提供200％扭矩T/TnFrequency滑差很小RatedSpeed50hzRatedTorque矢量控制的性能特別是低速性能提高5hzFrequencyRatedTorque閉環(huán)完全沒有滑差0hz輸出扭矩T/Tn開環(huán)還是閉環(huán)?需要矢量控制的應(yīng)用起重物料處理快速循環(huán)高慣量機械開環(huán)控制的性能可提供超過200％的起動扭矩1%速度以上提供最大扭矩動態(tài)響應(yīng)較好速度精度1%左右閉環(huán)的優(yōu)點:提供0速扭矩速度精度高于1%機械運作更安全更好的力矩控制性能，更好的動態(tài)性能變頻控制策略：直接轉(zhuǎn)矩控制基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)概述直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡稱DTC(DirectTorqueControl)系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較

DTC系統(tǒng)和VC系統(tǒng)都是已獲實際應(yīng)用的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)。兩者都采用轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)速）和磁鏈分別控制，這是符合異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型的需要的。但兩者在控制性能上卻各有千秋。

矢量控制系統(tǒng)特點VC系統(tǒng)強調(diào)Te與Ψr的解耦，有利于分別設(shè)計轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍；但按Ψr定向受電動機轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。DTC系統(tǒng)特點DTC系統(tǒng)則實行Te與Ψs砰-砰控制，避開了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡化了控制結(jié)構(gòu)；控制定子磁鏈而不是轉(zhuǎn)子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響；但不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，低速性能較差，調(diào)速范圍受到限制。

直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)特點與性能比較性能與特點直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)磁鏈控制定子磁鏈轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)矩控制砰-砰控制，有轉(zhuǎn)矩脈動連續(xù)控制，比較平滑坐標(biāo)變換靜止坐標(biāo)變換，較簡單旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，較復(fù)雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無[注]有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬負載