1、5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)南陽(yáng)志聯(lián)軟件問(wèn)題的提出 前節(jié)所述的轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足平滑調(diào)速的要求，但靜、動(dòng)態(tài)性能都有限，要提高靜、動(dòng)態(tài)性能，首先要用轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性比開環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)，這是很明顯的，但是，是否能夠提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能呢？還得進(jìn)一步探討一下。 我們知道，任何電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)都服從于基本運(yùn)動(dòng)方程式 提高調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能主要依靠控制轉(zhuǎn)速的變化率 d / dt 。根據(jù)基本運(yùn)動(dòng)方程式，控制電磁轉(zhuǎn)矩就能控制 d / dt ，因此，歸根結(jié)底，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能就是控制轉(zhuǎn)矩的能力。 在異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，能夠控制的是電壓（或電流）和頻率，怎樣才

2、能夠通過(guò)控制電壓（電流）和頻率來(lái)控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩？這是尋求提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能時(shí)需要解決的問(wèn)題。 1. 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，控制電流就能控制轉(zhuǎn)矩，因此，把直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)當(dāng)作電流給定信號(hào)，也就是轉(zhuǎn)矩給定信號(hào)。 在交流異步電機(jī)中，影響轉(zhuǎn)矩的因素較多，控制異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩的問(wèn)題也比較復(fù)雜。將 按照前述恒 Eg /1 控制（即恒 m 控制）時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩公式可寫為： 代入上式，得 令 s = s1 ，并定義為轉(zhuǎn)差角頻率； ，是電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)； 當(dāng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，s 值很小，因而 s也很小，只是1的百分之幾，可以認(rèn)為 s Llr Rr ，則轉(zhuǎn)矩可近似表

3、示為 上式表明，在s 值很小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙磁通m不變，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率s 成正比。這就是說(shuō)，在異步電機(jī)中控制s ，就和直流電機(jī)中控制電流一樣，能夠達(dá)到間接控制轉(zhuǎn)矩的目的?？刂妻D(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本出發(fā)點(diǎn)。2. 基于異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律 上面分析所得的轉(zhuǎn)差頻率控制概念是在轉(zhuǎn)矩近似公式上得到的，當(dāng)s 較大時(shí)，就得精確轉(zhuǎn)矩公式，把這個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（即機(jī)械特性） 畫在下圖， 可以看出：在s 較小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行段上，轉(zhuǎn)矩 Te基本上與s 成正比，當(dāng)Te 達(dá)到其最大值Temax 時(shí)，s 達(dá)到smax值。smaxsmTemaxTemsTe0

4、 按恒m值控制的 Te=f (s ) 特性 對(duì)于上式，取 dTe / ds = 0 可得 在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，只要給s 限幅，使其限幅值為 就可以基本保持 Te與s 的正比關(guān)系，也就可以用轉(zhuǎn)差頻率控制來(lái)代表轉(zhuǎn)矩控制。這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之一。 上述規(guī)律是在保持m恒定的前提下才成立的，于是問(wèn)題又轉(zhuǎn)化為，如何能保持m 恒定？我們知道，按恒 Eg/1 控制時(shí)可保持m恒定。在異步電機(jī)的等效電路中有： 由此可見(jiàn)，要實(shí)現(xiàn)恒 Eg/1控制，須在Us/1 = 恒值 的基礎(chǔ)上再提高電壓 Us 以補(bǔ)償定子電流壓降。 如果忽略電流相量相位變化的影響，不同定子電流時(shí)恒 Eg/1 控制所需的電壓-頻率特性 Us

5、 = f (1, Is) 如下圖所示。不同定子電流時(shí)恒 m 控制所需的電壓-頻率特性O(shè)Us /1=Const.Eg/1=Const.定子電流增大的趨勢(shì)上述關(guān)系表明，只要 Us 和1及 Is 的關(guān)系符合上圖所示特性，就能保持 Eg/1 恒定，也就是保持 m 恒定。這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之二?？偨Y(jié)起來(lái)，轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是：（1）在 s sm 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩 Te 基本上與 s 成正比，條件是氣隙磁通不變。（2）在不同的定子電流值時(shí)，按上圖的函數(shù)關(guān)系 Us = f (1 , Is) 控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通m恒定。3. 轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)組成控制原理性能評(píng)價(jià)系統(tǒng)組成

6、FBS電壓型逆變器PWMM3 ASR 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 控制原理 實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。 頻率控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號(hào)是轉(zhuǎn)差頻率給定 s* ，與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào) 相加，即得定子頻率給定信號(hào) 1* ，即 電壓控制由 1和定子電流反饋信號(hào) Is 從微機(jī)存儲(chǔ)的 Us = f (1 , Is) 函數(shù)中查得定子電壓給定信號(hào) Us* ，用 Us* 和 1* 控制PWM電壓型逆變器，即得異步電機(jī)調(diào)速所需的變壓變頻電源。性能評(píng)價(jià) 系統(tǒng)中轉(zhuǎn)差角頻率 s*與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào) 相加后得到定子頻率輸入信號(hào) 1* 這一關(guān)系是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)突

7、出的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)。它表明，在調(diào)速過(guò)程中，實(shí)際頻率1隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速 同步地上升或下降，因此系統(tǒng)加、減速平滑而且穩(wěn)定。 同時(shí)，由于在動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)能用對(duì)應(yīng)于 sm 的限幅轉(zhuǎn)矩Tem 進(jìn)行控制，保證了在允許條件下的快速性。 由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠象直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)那樣具有較好的靜、動(dòng)態(tài)性能，是一個(gè)比較優(yōu)越的控制策略，結(jié)構(gòu)也不算復(fù)雜。 然而，它的靜、動(dòng)態(tài)性能還不能完全達(dá)到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個(gè)方面： （1）在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時(shí)，是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 m恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動(dòng)態(tài)中 m如何變化還沒(méi)有深入研究，但肯定不會(huì)恒定，這將影響系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)性能。 （2）Us = f (1 , Is) 函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒(méi)有控制到電流的相位，而在動(dòng)態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。（3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 1 = s + ，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會(huì)直接給頻率造成誤差，因?yàn)樗羞@些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無(wú)衰減地傳遞到頻率控制信號(hào)上來(lái)了。 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的被控制量是異步電動(dòng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)矩，并未最終實(shí)現(xiàn)像直流電動(dòng)機(jī)一樣能對(duì)其轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)值實(shí)行