1、第8章 異步電動(dòng)機(jī)他控式變頻調(diào)速系統(tǒng),變頻調(diào)速系統(tǒng)按頻率改變的原因分類：,2自控式變頻,3矢量控制式變頻,“跳過”頻率，直接控制轉(zhuǎn)矩（或產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流）以達(dá)到調(diào)速目的, 控制系統(tǒng)控制的對(duì)象并沒有刻意追求“變頻” 調(diào)速。,1 他控式變頻,主要特征是：控制系統(tǒng)把變頻器的輸出頻率f1作為主控變量。,為主控變量，輸出電壓 是輔控變量， 變頻的同時(shí)使電壓配合變化 。,變頻調(diào)速改變輸出頻率f1。,但調(diào)速系統(tǒng)最終的控制目標(biāo)是轉(zhuǎn)速，在第1章中已經(jīng)分析過，電動(dòng)機(jī)速度控制的本質(zhì)是對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制 ，因此，可以“跳過”頻率這一個(gè)變量而直接去對(duì)轉(zhuǎn)矩（或產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流）進(jìn)行控制，同樣能達(dá)到調(diào)速的目的。,異步電機(jī)速度公

2、式,在這類控制方案中，調(diào)速系統(tǒng)輸出電壓（或電流）的頻率并不是不變的，它們的頻率同樣也在改變，仍是變頻調(diào)速。,8.1 轉(zhuǎn)速開環(huán)的交-直-交電流源型變頻調(diào)速系統(tǒng),1控制策略,采用“轉(zhuǎn)速開環(huán)、恒壓頻比（或恒氣隙磁通）控制”：給定轉(zhuǎn)速等價(jià)于給定頻率，穩(wěn)態(tài)誤差為速降，低轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)的這個(gè)值一般不大，所以就能滿足調(diào)速要求不高的場(chǎng)合。,應(yīng)用場(chǎng)合: 低轉(zhuǎn)差電機(jī)，調(diào)速要求不高的場(chǎng)合 。,8.1.1 調(diào)速系統(tǒng)的控制策略及系統(tǒng)原理圖,恒壓頻比（或恒氣隙磁通）控制時(shí)的控制特性、機(jī)械特性：,系統(tǒng)分5部分,（1）主電路部分,（2）電壓控制部分：電壓檢測(cè)、AVR、電流檢測(cè)、ACR、GT,（3）頻率控制部分：壓頻變換GV

3、F、環(huán)形分配器DRC、脈沖放大AP,（4）給定部分,2系統(tǒng)原理圖,（5）動(dòng)態(tài)校正器GFC,以 的換流為例 ，等效電路為,1. 逆變器主電路,工作方式是6拍型，任何時(shí)刻上、下組中各有一個(gè)主開關(guān)元件導(dǎo)通 ，輸出電流波形為120方波交流電流 ：,改變每一拍的導(dǎo)通時(shí)間可改變逆變器的輸出頻率,3. 換流分析,（1）換流前正常運(yùn)行階段,（2）晶閘管換流與恒流充放電階段,（3）二極管換流階段,8.1.2 晶閘管電流源型逆變器工作原理,2. 工作原理,串聯(lián)二極管式電流源型逆變器主電路,1電壓控制部分,采用電壓、電流雙閉環(huán)，電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán) ，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用了PI調(diào)節(jié)器。,2頻率控制部分,（2）環(huán)形分配器D

4、RC：六分頻器,（1）壓頻變換器GVF,8.1.3 控制系統(tǒng)工作原理,電壓檢測(cè)的位置直接取自電機(jī)的端電壓。,電壓指令 。,正轉(zhuǎn)時(shí)，輸出的順序是1234561； 反轉(zhuǎn)時(shí)，輸出的順序是1654321。,（3）脈沖放大器AP,依照轉(zhuǎn)向給定信號(hào)產(chǎn)生6路 f1 脈沖。,產(chǎn)生頻率為 f06 f1 的脈沖列。,3給定部分,由頻率給定產(chǎn)生相應(yīng)的定子電壓給定,4、校正環(huán)節(jié)GFC,負(fù)載（電流）的擾動(dòng)會(huì)引起端電壓的波動(dòng)。,校正環(huán)節(jié)去影響頻率給定，使輸出頻率與電壓能同步變化。,（1）給定積分器GI,（2）極性鑒別器DPI,（3）絕對(duì)值變換器GAB,（4）函數(shù)發(fā)生器GF,（0） 速度（頻率）給定,撿出轉(zhuǎn)向信號(hào)，電路原理

5、見3.3,（含大小及轉(zhuǎn)向）,是一個(gè)先積分后比例的積分比例環(huán)節(jié) 框內(nèi)的曲線是它對(duì)輸入信號(hào)的階躍響應(yīng)曲線 變階躍（突變）為漸變,變頻器上一般稱之為“升速時(shí)間”、“減速時(shí) 間”的時(shí)間值就是它的積分時(shí)間,取其大小即絕對(duì)值輸出,采用恒壓頻比加補(bǔ)償?shù)目刂品绞綍r(shí)，該曲線就是第7章圖7-3的控制特性曲線,給定信號(hào)分解成電壓給定、頻率給定和轉(zhuǎn)向給定三個(gè)給定輸出，分別去控制變頻器的,1回饋制動(dòng),3調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：,（1）容易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，可四象限運(yùn)行 （2）對(duì)故障電流容易實(shí)現(xiàn)保護(hù)，可靠性高 （3）適用于制動(dòng)和經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的負(fù)載調(diào)速,（1）轉(zhuǎn)速開環(huán)，系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能不理想, 無法適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)的性能要求 。 （2

6、）逆變器的輸出電流是方波， 諧波分量大，對(duì)電網(wǎng)造成電污染。,反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)：改變環(huán)形分配器的脈沖相序。,反轉(zhuǎn)時(shí)同樣有電動(dòng)和回饋制動(dòng)兩種狀態(tài)，這就實(shí)現(xiàn)了四象限運(yùn)行。,8.1.4 回饋制動(dòng)及系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn),4調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)：,回饋制動(dòng)的實(shí)現(xiàn)：,2四象限運(yùn)行,機(jī)械特性曲線：,為什么速度不閉環(huán)？,控制VI的頻率，使1n0 ， 電機(jī)M進(jìn)入第象限發(fā)電運(yùn)行， VI整流，Ui變負(fù)。 控制VR的控制角，使進(jìn)入有源逆變， 系統(tǒng)就進(jìn)入了象限回饋制動(dòng),控制系統(tǒng)要使轉(zhuǎn)差頻率不太大是很容易做到的。由 ，是異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速（反饋量、轉(zhuǎn)速閉環(huán)）之差,8.2 轉(zhuǎn)差頻率控制的交-直-交電流源型變頻調(diào)速系統(tǒng),常規(guī)他控式變頻調(diào)

7、速系統(tǒng)不能轉(zhuǎn)速閉環(huán)的原因？,8.2.1 轉(zhuǎn)差頻率控制的理論基礎(chǔ)（基本原理）,1. 定義：轉(zhuǎn)差角頻率,近似式：,當(dāng)：,若能滿足條件：1. 絕對(duì)轉(zhuǎn)差角頻率較小, ; 2. m 恒定, 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差頻率成正比。只要控制s就能控制T。,即：可以用轉(zhuǎn)差角頻率控制來代表轉(zhuǎn)矩控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的控制。,2. 控制原理,3. 如何保持 m不變,結(jié)論：若使 按圖8-8所示的 規(guī)律變化， 則 保持不變，就可使磁通 恒定。,標(biāo)量形式：,保持Im恒定時(shí)的 曲線,要使m不變，只要激磁電流Im不變 。,3. 如何保持 m不變,8.2.2 轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng),1控制策略,利用測(cè)速環(huán)節(jié)得到轉(zhuǎn)速；限制輸出頻

8、率f1，使s不太大； 控制 I1，使Im保持恒定 。 控制s就可控制轉(zhuǎn)矩T，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。,控制系統(tǒng)主控變量是,輔助控制變量是I1,變頻器需輸出的頻率,2系統(tǒng)原理圖,3調(diào)速過程例,Tl,8.3電壓源型交-直-交SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng),1變頻器的硬件構(gòu)成,（要做實(shí)驗(yàn)）,2電壓源型交-直-交SPWM轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)原理圖,變頻器的工作模式： 轉(zhuǎn)速開環(huán)控制 轉(zhuǎn)差頻率控制 矢量控制 交互式參數(shù)設(shè)定（面板）,3制動(dòng)及泵升電壓,限制泵升電壓的能耗制動(dòng)電路,見4.2節(jié),見4.2節(jié),8.4 異步電動(dòng)機(jī)電壓源型交-交變頻調(diào)速系統(tǒng),8.4.1 交-交變頻電路概述,(不講),交-交變頻電路也有電壓源型與電流源型之分,交-

9、交變頻電路的基礎(chǔ)是第3章的V-M可逆系統(tǒng),對(duì)電壓源型交-交變頻器，追求的是輸出電壓正、負(fù)的交替變化及其正弦性，可以電壓開環(huán)控制或電壓閉環(huán)控制，稱之為電壓控制型的電壓源型交-交變頻器。,若采用電流閉環(huán)控制直接去控制交流電流的波形及與電機(jī)轉(zhuǎn)矩成正比的電流基波分量的大小，使變頻器輸出的電流是近似的正弦電流，這種控制方式的變頻器則稱之為電流控制型的電壓源型交-交變頻器,8.4.2 電壓源型交-交變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路,電壓源型交-交變頻器主電路 a)公共交流母線進(jìn)線方式 b)電機(jī)丫接方式 c) a圖的簡(jiǎn)圖 d)b圖的簡(jiǎn)圖,8.4.3 電壓源型交-交變頻電路觸發(fā)脈沖的控制方式,余弦交點(diǎn)法移相角的產(chǎn)生方法,可控整流電路輸出電壓的平均值可表述為,為了使輸出電壓為,則就應(yīng)有,若在控制電路中能產(chǎn)生一個(gè)給定正弦電壓,并想法在控制回路中得到一個(gè)余弦同步電壓,并使,則前兩式所表示的兩個(gè)電壓波的交點(diǎn)處必有,可知，只要把該余弦波的起點(diǎn)移到0處，那么所需要的就是1t1,余弦交點(diǎn)法的電壓波形 a)主電路中的電壓波形 b)控