1、笼型异步电机变压变频调速系统笼型异步电机变压变频调速系统（VVVF系统）系统）转差功率不变型调速系统转差功率不变型调速系统第第 6 章章6.4 6.4 变频调速系统脉宽调制变频调速系统脉宽调制(PWM)技术技术 问题的提出 早期的交早期的交-直直-交变压变频器所输出的交变压变频器所输出的交流波形都是六拍阶梯波（对于电压型逆交流波形都是六拍阶梯波（对于电压型逆变器）或矩形波（对于电流型逆变器），变器）或矩形波（对于电流型逆变器），逆变器的输出波形不可能近似按正弦波变逆变器的输出波形不可能近似按正弦波变化，从而会有较大的低次谐波，使电机输化，从而会有较大的低次谐波，使电机输出转矩存在脉动分量，影响
2、其稳态工作性出转矩存在脉动分量，影响其稳态工作性能，在低速运行时更为明显。能，在低速运行时更为明显。六拍逆变器主电路结构NN+-UVW图5-9V1V2V3V4V5V6VD1VD2VD3VD4VD5VD6Ud2Ud2VT1VT6主电路开关器件 VD1VD6续流二极管VT3VT5VT4VT6VT2VT1 按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。6.4.1 正弦波脉宽调制正弦波脉宽调制(SPWM)技术技术正弦波与正弦波与PWM波波变频器的输出是变频器的输出是PWMPWM波形波形问题是：问题是：如何能让逆变器产生如何能让逆变器产生P
3、WMPWM波输出呢？波输出呢？PWMPWM变频器硬件结构不变，关键在于控制！变频器硬件结构不变，关键在于控制！思路是：思路是：PWMPWM变频器采用变频器采用PWMPWM信号控制，产生信号控制，产生PWMPWM输出。输出。PWM控制器控制器逆变器逆变器PWM触发脉冲触发脉冲电压给定电压给定频率给定频率给定PWM波波电压输出电压输出如何得到如何得到PWMPWM控制信号呢？控制信号呢？采用采用PWMPWM调制技术！调制技术！1.PWM调制原理调制原理期望得到波形：正弦波期望得到波形：正弦波 调制波：正弦波调制波：正弦波 载载 波：三角波波：三角波 以调制波和载波之交点定位以调制波和载波之交点定位P
4、WMPWM波过零点波过零点正弦波脉宽正弦波脉宽调制技术调制技术SPWMSPWM技术技术图6-5urucuOtOtuouofuoUd-Ud调制机理介绍调制机理介绍比较器比较器调制波调制波载载 波波PWM波波比较输出原则：比较输出原则：1.逐点比较逐点比较2.当三角波值大于正弦波当三角波值大于正弦波值则输出零值则输出零3.当三角波值小于正弦波当三角波值小于正弦波值则输出高电平值则输出高电平2.SPWM控制方式控制方式n如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。（单极式单极式SPWM）n如果在正弦调制波半个周
5、期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。（双极式双极式SPWM）单相桥式PWM逆变电路 信号波载波图6-4调制电路Ud+V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4uoRLuruc单相桥式单相桥式PWM逆变电路逆变电路 VT1VT2VT3VT4图6-5urucuOtOtuouofuoUd-Ud（1）单极性PWM控制方式（2）双极性PWM控制方式图6-6urucuOtOtuouofuoUd-Ud3.PWM控制电路控制电路n模拟电子电路实现 采用正弦波发生器、三角波发生器和比较器来实现上述的SPWM控制；n数字控制电路实现硬件电路；软件实现。模拟电子电
6、路调制波调制波载载 波波 数字控制电路n不要求 由于由于PWMPWM变压变频器的应用非常广泛，已制成变压变频器的应用非常广泛，已制成多种专用集成电路芯片作为多种专用集成电路芯片作为SPWMSPWM信号的发生器，信号的发生器，后来更进一步把它做在微机芯片里面，生产出多后来更进一步把它做在微机芯片里面，生产出多种带种带PWMPWM信号输出口的电机控制用的信号输出口的电机控制用的8 8位、位、1616位微位微机芯片和机芯片和DSPDSP。4.PWM调制方法调制方法n载波比载波比载波（三角波）频率 fc与调制（正弦波）信号频率 fr 之比N。既 N=fc/fr 根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情
7、况，PWM调制方式分为异步调制异步调制和同步调制同步调制。（1）异步调制异步调制：异步调制：载波信号和调制信号不同步的调制方式。通常保持 fc 固定不变，当 fr 变化时，载波比 N 是变化的；在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后1/4周期的脉冲也不对称；fc 载波频率载波频率 fr 调制波频率调制波频率当 fr 较低时，N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小；当 fr 增高时，N 减小，一周期内的脉冲数减少，PWM 脉冲不对称的影响就变大。fc 载波频率载波频率 fr 调制波频率调制波频率（2）同步调制同步调制
8、：同步调制：N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步。基本同步调制方式，fr 变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定；三相电路中公用一个三角波载波，且取 N 为3的整数倍，使三相输出对称；fc 载波频率载波频率 fr 调制波频率调制波频率为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数fr 很低时，fc 也很低，由调制带来的谐波不易滤除fr 很高时，fc 会过高，使开关器件难以承受。fc 载波频率载波频率 fr 调制波频率调制波频率同步调制三相PWM波形 ucurUurVurWuuUNuVNOtttt000uWN2Ud-2Ud（3）分段同步调制把 fr 范围划分成若干个频段，每个频段内保
9、持N恒定，不同频段N不同；在 fr 高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在 fr 低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低；fc 载波频率载波频率 fr 调制波频率调制波频率（4）混合调制 可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。5.PWM逆变器主电路及输出波形图6-19 三相桥式PWM逆变器主电路原理图调制电路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNNC+C+urUurVurW2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT2图6-20 三相桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形 uuU
10、NO tOOOOUd2-Ud2uVNuWNuUVuUN t t t tO turUurVurWucUd23Ud2*6.4.2 消除指定次数谐波的消除指定次数谐波的PWM(SHEPWM)控制技术控制技术 不要求不要求*6.4.3 电流滞环跟踪电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制控制 技术技术不要求不要求6.4.4 电压空间矢量电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术控制技术 （或称磁链跟踪控制技术）（或称磁链跟踪控制技术）本节提要n问题的提出n空间矢量的定义n电压与磁链空间矢量的关系n六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场n电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制 n 问题的提出传统传统SPWM
11、SPWM控制目标控制目标：产生定子三相对称准正弦电压产生定子三相对称准正弦电压产生恒定电磁转矩产生恒定电磁转矩三相对称正弦电流三相对称正弦电流空间圆形旋转磁场空间圆形旋转磁场交流电机的原理：交流电机的原理：内部目标内部目标终极目标终极目标按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作。磁链的轨迹磁链的轨迹基本思路：磁链跟踪控制磁链跟踪控制电压空间矢量交替使用电压空间矢量交替使用做 法：电压空间矢量电压空间矢量PWMPWM控制控制1.空间矢量的定义 交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的，分析时常用时时间相量间相量来表示，但如果考虑到它们所在绕组的
12、空间位置，也可以如图所示，定义为空间矢量空间矢量uA0，uB0，uC0。图6-25 电压空间矢量 合成电压合成电压空间矢量空间矢量 电压空间矢量的相互关系n定子电压空间矢量：uA0、uB0、uC0 的方向始终处于各相绕组的轴线上，而大小则随时间按正弦规律脉动，时间相位差为120。n合成空间矢量：由三相定子电压空间矢量相加合成的空间矢量 us 是一个旋转的空间矢量，它的幅值不变，是每相电压值的3/2倍。电压空间矢量的相互关系（续）当电源频率不变时，合成空间矢量 us 以电源角频率1 为电气角速度作恒速旋转。当某一相电压为最大值时，合成电压矢量 us 就落在该相的轴线上。C0B0A0suuuu同理
13、，可定义定子电流和磁链的空间矢量同理，可定义定子电流和磁链的空间矢量 I Is s 和和s s 2.电压与磁链空间矢量的关系 合成空间矢量表示的定子电压方程式：tRddssssIu（6-40）式中 us 定子三相电压合成空间矢量；Is 定子三相电流合成空间矢量；s 定子三相磁链合成空间矢量。近似关系 当电动机转速不是很低时，忽略定子电阻压降，可以得到：t ddssu（6-41）t dssu（6-42）或 磁链轨迹 当电动机由三相平衡正弦电压供电时，电动机定子磁链幅值恒定，其空间矢量以恒速旋转，磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形。这样的定子磁链旋转矢量可用下式表示。tj1ems（6-43）其中 m是磁
14、链s的幅值，1为其旋转角速度。由式（6-41）和式（6-43）可得)2(m1m1ms111ee)e(ddtjtjtjjtu（6-44）结论：结论：当磁链幅值一定时，当磁链幅值一定时，us的大小与的大小与1 成正比，其方向则与磁链矢量正交，即磁链成正比，其方向则与磁链矢量正交，即磁链圆（磁链矢量顶端扫过的圆）的切线方向。圆（磁链矢量顶端扫过的圆）的切线方向。susu 磁场轨迹与电压空间矢量运动轨迹的关系 当磁链矢量在空间旋转一周时，电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2弧度，其轨迹与磁链圆重合。这样，电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。图6-26 旋转磁场与电压空间矢
15、量的运动轨迹3.六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场（1）电压空间矢量运动轨迹 在常规的 PWM 变压变频调速系统中，异步电动机由六拍阶梯波逆变器供电，这时的电压空间矢量运动轨迹是怎样的呢？主电路原理图图6-27 三相逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图 开关工作状态 如果，图中的逆变器采用180导通型，功率开关器件共有8种工作状态（见附表），其中n6 种有效开关状态；n2 种无效状态（因为逆变器这时并没有输出电压）：u上桥臂开关 VT1、VT3、VT5 全部导通u下桥臂开关 VT2、VT4、VT6 全部导通开关状态表 开关控制模式 对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每个周期中6 种有效的
16、工作状态各出现一次。逆变器每隔/3 时刻就切换一次工作状态（即换相），而在这/3 时刻内则保持不变。（a）开关模式分析 n设工作周期从100状态开始，这时VT6、VT1、VT2导通，其等效电路如图所示。各相对直流电源中点的电压都是幅值为 UAO=Ud/2 UBO=UCO=-Ud/2O+-iCUdiAiBidVT1VT6VT2（b）工作状态100的合成电压空间矢量n由图可知，三相的合成空间矢量为 u1，其幅值等于Ud，方向沿A轴（即X轴）。u1uAO-uCO-uBOABC（c）工作状态110的合成电压空间矢量 n u1 存在的时间为/3，在这段时间以后，工作状态转为110，和上面的分析相似，合成
17、空间矢量变成图中的 u2，它在空间上滞后于u1 的相位为/3 弧度，存在的时间也是/3。u2uAO-uCOuBOABC（d）每个周期的六边形合成电压空间矢量 u1u2u3u4u5u6u7 u8 依此类推，随着逆变器工作状态的切换，电压空间矢量的幅值不变，而相位每次旋转/3，直到一个周期结束。这样，在一个周期中 6 个电压空间矢量共转过 2 弧度，形成一个封闭的正六边形。（2）定子磁链矢量端点的运动轨迹 n电压空间矢量与磁链矢量的关系 一个由电压空间矢量运动所形成的正六边形轨迹也可以看作是异步电动机定子磁链矢量端点的运动轨迹。对于这个关系，进一步说明如下：以下内容不要求！图6-29 六拍逆变器供
18、电时电动机电压空间矢量与磁链矢量的关系 设在逆变器工作开始时定子磁链空间矢量为 1，在第一个/3 期间，电动机上施加的电压空间矢量为图6-28d中的 u1，把它们再画在图6-29中。按照式（6-41）可以写成 也就是说，在/3 所对应的时间 t 内，施加 u1的结果是使定子磁链 1 产生一个增量，其幅值|u1|与成正比，方向与u1一致，最后得到图6-29所示的新的磁链，而 11 ut（6-45）112（6-46）依此类推，可以写成 的通式iiutii1i（6-47）6,2,1i（6-48）总之，在一个周期内，6个磁链空间矢量呈放射状，矢量的尾部都在O点，其顶端的运动轨迹也就是6个电压空间矢量所
19、围成的正六边形。n 磁链矢量增量与电压矢量、时间增量的关系 如果 u1 的作用时间t 小于/3，则 i 的幅值也按比例地减小，如图 6-30 中的矢量 。可见，在任何时刻，所产生的磁链增量的方向决定于所施加的电压，其幅值则正比于施加电压的时间。AB图6-30 磁链矢量增量与电压矢量、时间增量的关系4.电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制 如前分析，我们可以得到的结论是：n如果交流电动机仅由常规的六拍阶梯波逆变器供电，磁链轨迹便是六边形的旋转磁场，这显然不象在正弦波供电时所产生的圆形旋转磁场那样能使电动机获得匀速运行。n如果想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场，就必须在每一个期间内出现多个工作状
20、态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。为此，必须对逆变器的控制模式进行改造。圆形旋转磁场逼近方法 基本思路图6-31 逼近圆形时的磁链增量轨迹如果要逼近圆形，可以增加切换次数，设想磁链增量由图中的 11，12，13，14 这4段组成。这时，每段施加的电压空间矢量的相位都不一样，可以用基本电压矢量线性组合的方法获得。电压空间矢量的扇区划分 为了讨论方便起见，可把逆变器的一个工作周期用6个电压空间矢量划分成6个区域，称为扇区（Sector），如图所示的、，每个扇区对应的时间均为/3。由于逆变器在各扇区的工作状态都是对称的，分析一个扇区的方法可以推广到其他扇区。电压空间矢量的6个扇区图6-33 电
21、压空间矢量的放射形式和6个扇区 n在常规六拍逆变器中一个扇区仅包含两个开关工作状态。n实现SVPWM控制就是要把每一扇区再分成若干个对应于时间 T0 的小区间。按照上述方法插入若干个线性组合的新电压空间矢量 us，以获得优于正六边形的多边形（逼近圆形）旋转磁场。开关状态顺序原则 不要求小 结归纳起来，SVPWM控制模式有以下特点：1)逆变器的一个工作周期分成6个扇区，每个扇区相当于常规六拍逆变器的一拍。为了使电动机旋转磁场逼近圆形，每个扇区再分成若干个小区间 T0，T0 越短，旋转磁场越接近圆形，但 T0 的缩短受到功率开关器件允许开关频率的制约。2)在每个小区间内虽有多次开关状态的切换，但每
22、次切换都只涉及一个功率开关器件，因而开关损耗较小。3)每个小区间均以零电压矢量开始，又以零矢量结束。4)利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。5)采用SVPWM控制时，逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，这比一般的SPWM逆变器输出电压提高了15%。返回目录返回目录6.5 6.5 基于异步电动机稳态模型的基于异步电动机稳态模型的变压变频调速变压变频调速本节提要本节提要n转速开环恒压频比控制调速系统转速开环恒压频比控制调速系统通通用变频器用变频器-异步电动机调速系统异步电动机调速系统n转速闭环转差频率控制的变压变频调速转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统系统 引 言直流电机控制容
23、易：直流电机控制容易：主磁通和电枢电流分布的空间位置是确定的，主磁通和电枢电流分布的空间位置是确定的，而且可以独立进行控制。而且可以独立进行控制。交流电机控制艰难：交流电机控制艰难：磁通由定子与转子电流合成产生，且空间位磁通由定子与转子电流合成产生，且空间位置相对于定子和转子都是运动的。置相对于定子和转子都是运动的。转子电流还是不可测和不可控的。因此，异步转子电流还是不可测和不可控的。因此，异步电机的动态数学模型要比直流电机模型复杂得多。电机的动态数学模型要比直流电机模型复杂得多。属笼型异步电机控制更艰难：属笼型异步电机控制更艰难：异步电机的稳态数学模型如本章第异步电机的稳态数学模型如本章第6
24、.2节所述，节所述，为了实现电压为了实现电压频率协调控制，可以采用转速开频率协调控制，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，这就是环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，这就是常用的通用变频器控制系统。常用的通用变频器控制系统。如果要求更高一些的调速范围和起制动性能，如果要求更高一些的调速范围和起制动性能，可以采用转速闭环转差频率控制的方案。可以采用转速闭环转差频率控制的方案。本节中将分别介绍这两类基于稳态数本节中将分别介绍这两类基于稳态数学模型的变压变频调速系统。学模型的变压变频调速系统。6.5.1 转速开环恒压频比控制调速系统转速开环恒压频比控制调速系统 通用变频器通用变频器-异步
25、电动机调速系统异步电动机调速系统 所谓所谓“通用通用”，包含着两方面的含义：，包含着两方面的含义：（1 1）可以和通用的笼型异步电机配套使用；）可以和通用的笼型异步电机配套使用；（2 2）具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性）具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。质的负载。1.系统组成M3电压检测泵升限制电流检测温度检测电流检测单片机显示设定接口PWM发生器驱动电路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2 2.2.电路分析电路分析l主电路主电路由不可控整流器由不可控整流器UR、PWM逆变器逆变器UI和中间直流电路三部分组成，一般都是电压和中间直流电路三部分组成，一般都是
26、电压源型的，采用大电容源型的，采用大电容C滤波，同时兼有无功功率滤波，同时兼有无功功率交换的作用。交换的作用。主电路（续）主电路（续）u限流电阻：限流电阻：为了避免大电容为了避免大电容C C在通电瞬间产生在通电瞬间产生过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻（或电抗），通上电源流回路上串入限流电阻（或电抗），通上电源时，先限制充电电流，再延时用开关时，先限制充电电流，再延时用开关K K将短路，将短路，以免长期接入时影响变频器的正常工作，并产以免长期接入时影响变频器的正常工作，并产生附加损耗。生附加损耗。主电路（续）主电路（续）u泵升限
27、制电路泵升限制电路由于二极管整流器不能为异由于二极管整流器不能为异步电机的再生制动提供反向电流的通路，所以步电机的再生制动提供反向电流的通路，所以除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸收除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸收制动能量。减速制动时，异步电机进入发电状制动能量。减速制动时，异步电机进入发电状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容态，首先通过逆变器的续流二极管向电容C C充充电，当中间直流回路的电压（通称泵升电压）电，当中间直流回路的电压（通称泵升电压）升高到一定的限制值时，通过泵升限制电路使升高到一定的限制值时，通过泵升限制电路使开关器件导通，将电机释放的动能消耗在制动开关器件导通
28、，将电机释放的动能消耗在制动电阻上。电阻上。图6-38 三相二极管整流电路的输入电流波形主电路（续）主电路（续）u进线电抗器进线电抗器 整流器虽然是全波整流装置，整流器虽然是全波整流装置，但由于其输出端有滤波电容存在，因此输入电但由于其输出端有滤波电容存在，因此输入电流呈脉冲波形，如图流呈脉冲波形，如图6-386-38所示。所示。这样的电流波形具有较大的谐波分量。为了抑这样的电流波形具有较大的谐波分量。为了抑制谐波电流，对于容量较大的制谐波电流，对于容量较大的PWM变频器，都变频器，都应在输入端设有进线电抗器，有时也可以在整流应在输入端设有进线电抗器，有时也可以在整流器和电容器之间串接直流电抗
29、器。还可用来抑制器和电容器之间串接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不平衡对变频器的影响。电源电压不平衡对变频器的影响。电路分析（续）电路分析（续）l控制电路控制电路现代现代PWMPWM变频器的控制电路大都是变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字电路，其功能主要是接以微处理器为核心的数字电路，其功能主要是接受各种设定信息和指令，再根据它们的要求形成受各种设定信息和指令，再根据它们的要求形成驱动逆变器工作的驱动逆变器工作的PWMPWM信号，再根据它们的要求信号，再根据它们的要求形成驱动逆变器工作的形成驱动逆变器工作的PWMPWM信号。信号。控制电路（续）控制电路（续）uPWMPWM信号产生信
30、号产生可以由微机本身的软件产生，可以由微机本身的软件产生，由由PWMPWM端口输出，也可采用专用的端口输出，也可采用专用的PWMPWM生成电路芯生成电路芯片。片。u检测与保护电路检测与保护电路各种故障的保护由电压、电各种故障的保护由电压、电流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压、流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压、光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入A/DA/D转换器，输入给转换器，输入给CPUCPU作为控制算法的依据，或者作为控制算法的依据，或者作为开关电平产生保护信号和显示信号。作为开关电平产生保护信号和显示信号。控制电路（续）控制电路（续）
31、u信号设定信号设定需要设定的控制信息主要有：需要设定的控制信息主要有：U U/f f 特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用变频器变频器-异步电动机系统是转速或频率开环、恒异步电动机系统是转速或频率开环、恒压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小不同时，都得靠改变不同时，都得靠改变 U U/f f 函数发生器的特性函数发生器的特性来补偿，使系统达到恒定，甚至恒定的功能（见来补偿，使系统达到恒定，甚至恒定的功能（见第第6.2
32、.26.2.2节），在通用产品中称作节），在通用产品中称作“电压补偿电压补偿”或或“转矩补偿转矩补偿”。实现补偿的方法有两种：实现补偿的方法有两种：n一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的U/f U/f 函数，由用户根据需要选择最佳特性；函数，由用户根据需要选择最佳特性；n另一种办法是采用霍耳电流传感器检测定子电另一种办法是采用霍耳电流传感器检测定子电流或直流回路电流，按电流大小自动补偿定子流或直流回路电流，按电流大小自动补偿定子电压。但无论如何都存在过补偿或欠补偿的可电压。但无论如何都存在过补偿或欠补偿的可能，这是开环控制系统的不足之处。能，这是开环
33、控制系统的不足之处。控制电路（续）控制电路（续）u给定积分给定积分由于系统本身没有自动限制起制动由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，因此，频率定设定信号必须通过给电流的作用，因此，频率定设定信号必须通过给定积分算法产生平缓升速或降速信号，升速和降定积分算法产生平缓升速或降速信号，升速和降速的积分时间可以根据负载需要由操作人员分别速的积分时间可以根据负载需要由操作人员分别选择。选择。控制电路（续）控制电路（续）tff*ufu斜坡函数U/f 曲线脉冲发生器驱动电路工作频率设定升降速时间设定电压补偿设定PWM产生图6-39 PWM变压变频器的基本控制作用 6.5.2 6.5.2 转速闭环转差频
34、率控制的变频调速系统转速闭环转差频率控制的变频调速系统0.0.问题的提出问题的提出 前节所述的转速开环变频调速系统可以满足前节所述的转速开环变频调速系统可以满足平滑调速的要求，但静、动态性能都有限。要提平滑调速的要求，但静、动态性能都有限。要提高静、动态性能，首先要用转速反馈闭环控制。高静、动态性能，首先要用转速反馈闭环控制。转速闭环系统的静特性比开环系统强，这是很明转速闭环系统的静特性比开环系统强，这是很明显的。显的。电力传动的基本控制规律电力拖动自动控制系统基本运动方程式：电力拖动自动控制系统基本运动方程式：提高调速系统动态性能主要依靠控制转速的提高调速系统动态性能主要依靠控制转速的变化率
35、变化率 d /dt，根据基本运动方程式，控制电磁，根据基本运动方程式，控制电磁转矩就能控制转矩就能控制 d /dt。tnJTTddpLe-怎样能够通过控制电压（电流）和频率怎样能够通过控制电压（电流）和频率来控制电磁转矩。来控制电磁转矩。需要解决的问题：需要解决的问题：1.1.转差频率控制的基本概念转差频率控制的基本概念 直流电机的转矩与电枢电流成正比，控制电直流电机的转矩与电枢电流成正比，控制电流就能控制转矩。流就能控制转矩。在交流异步电机中，影响转矩的因素较多，控在交流异步电机中，影响转矩的因素较多，控制异步电机转矩的问题也比较复杂。制异步电机转矩的问题也比较复杂。我们的目标是：我们的目标
36、是：寻求一个即能线性或者相对线性控制电磁寻求一个即能线性或者相对线性控制电磁转矩，又是一个容易得到和操作的量！转矩，又是一个容易得到和操作的量！1.1.转差频率控制的基本概念转差频率控制的基本概念这个量就是转差频率这个量就是转差频率 s s！将 按照第6.2.2节恒 Eg/1 控制（即恒 m 控制）时的电磁转矩公式（6-12）重写为 2 r2122 rr121gpe3lLsRRsEnT（6-12）mNss1mNss1mNss1g21244.444.4kNkNkNfE代入上式，得 2 r2122 rr12m2Ns2spe23lLsRRskNnT（6-59）令 s=s1，并定义为转差角频率；，是电
37、机的结构常数；2Ns2spm23kNnK则 当电机稳态运行时，s 值很小，因而 s也很小，只有1的百分之几，可以认 为 s Llr 0）的情况为例l当实际转矩低于T*e 的允许偏差下限时，按磁链控制得到相应的电压空间矢量，使定子磁链向前旋转，转矩上升；l当实际转矩达到 T*e 允许偏差上限时，不论磁链如何，立即切换到零电压矢量，使定子磁链静止不动，转矩下降。l稳态时，上述情况不断重复，使转矩波动被控制在允许范围之内。5.DTC系统存在的问题1）由于采用砰-砰控制，实际转矩必然在上下限内脉动，而不是完全恒定的。2）由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累积误差和定子电阻的变化都会影响
38、磁链计算的准确度。这两个问题的影响在低速时都比较显著，因而使DTC系统的调速范围受到限制。为了解决这些问题，许多学者做过不少的研究工作，使它们得到一定程度的改善，但并不能完全消除。6.8.3 直接转矩控制系统与矢量控制系统的直接转矩控制系统与矢量控制系统的 比较比较 DTC系统和VC系统都是已获实际应用的高性能交流调速系统。两者都采用转矩（转速）和磁链分别控制，这是符合异步电动机动态数学模型的需要的。但两者在控制性能上却各有千秋。矢量控制系统特点 VC系统强调 Te 与r的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器；实行连续控制，可获得较宽的调速范围；但按r 定向受电动机转子参数变化的影响，降低了系
39、统的鲁棒性。DTC系统特点 DTC系统则实行 Te 与s 砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构；控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响；但不可避免地产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。表6-1列出了两种系统的特点与性能的比较。表表6-1 直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能比较性能与特点直接转矩控制系统矢量控制系统磁链控制定子磁链转子磁链转矩控制砰-砰控制，有转矩脉动连续控制，比较平滑坐标变换静止坐标变换，较简单旋转坐标变换，较复杂转子参数变化影响无注有调速范围不够宽比较宽 注 有时为了提高调速范围，在低速时改用电
40、流模型计算磁链，则转子参数变化对DTC系统也有影响。从表6-1可以看出，如果在现有的DTC系统和VC系统之间取长补短，构成新的控制系统，应该能够获得更为优越的控制性能，这是一个很有意义的研究方向。返回目录返回目录本章小结本章小结 变压变频调速方式是目前交流调速系统的主要形式，因此是本课程学习的重点。要求学生了解和掌握的内容有：n掌握3种变压变频调速控制方式及其性能；n了解变频器的结构、原理和特性；n掌握基于稳态模型的变压变频调速系统的结构、工作原理和性能；n掌握基于动态模型的变压变频调速系统的结构、工作原理和性能。课程开始课程开始附 图ABCuAuBuC1uaubucabc图6-44 三相异步电动机的物理模型返回返回原文原文
