第五讲异步电机的标量控制.ppt

异步电动机转矩-转速特性曲线绘制 利用MATLAB绘出异步电动机的全速度范围转矩-转速特性曲线，其中： 40Hz、60Hz、80Hz采用恒Us/f控制 100Hz、120Hz、140Hz、160Hz采用恒电压控制 电机的额定输入条件为380V/100Hz 分别绘制出电压、电流、磁通、转差频率、 电机转矩、功率与电机转速的关系 专题报告一 仿真所用异步电动机参数如下表所示： 2 电机极对数 mH 32.848 互感 mH 1.294 转子漏电感 mH 1.417 定子漏电感 Ω 0.816 转子电阻 Ω 0.144 定子电阻 单位 数值 参数名称 专题报告一 标量控制(scalar control)：出发点是电动机的稳态数学模型，即稳态的等值电路、向量图以及稳态的转矩方程式，只对变量的大小进行控制，它的控制效果只有在稳态时才符合要求。 矢量控制( vector control)：出发点是电动机的动态数学模型，对变量的大小和相位同时进行控制，控制效果在动稳态均有效。 异步电动机变频调速的控制方式 （１）Ｖ/Ｆ控制 （２）转差频率控制 （３）矢量控制（磁场定向控制） （４）直接转矩控制 属于标量控制 属于矢量控制 第五讲 异步电机标量控制 异步电动机的动态模型非常复杂，稳态模型相对简单 本讲分别介绍两类基于电动机稳态模型的变压变频调速系统。 带低频电压补偿的V/F控制：对于象风机、水泵这样的负载，并不需要很高的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行。 转差频率控制：对调速范围和起制动性能要求高一些的，采用闭环控制。 第五讲 异步电机标量控制 控制磁通恒定，实现转矩控制。 当电机运行频率较高时，使定子电压与定子频率保持同比变化； 当电机运行频率较低时，为了抵消定子绕组压降对电机转矩的影响，对定子电压进行适当补偿，从而保证近似恒磁通。 恒压频比（V/F）控制 O N 0 n 定子压降补偿后的特性 01 n 12 w 13 w 03 n 02 n 11 w N 1 w 13 12 11 N 1 w w w w e T PWM电压型逆变器转速开环恒压频比控制系统 二极管 整流器 PWM 逆变器 L + IM C G s U * s * U 0 U AC fs* fs* 恒压频比（V/F）控制 通用变频器：主电路由二极管整流器、滤波电容和电压型逆变器组成。 给定信号——电机定子频率fs*。 恒压频比（V/F）控制 过流、过压抑制 为防止起动时因转差频率过大而引起过电流需要限制加速时间； 为防止减速时因转差频率过大而引起过电流和过电压需要限制减速时间。 为使电机磁通恒定，Us*=Gfs* 为减小定子电阻压降对磁通的影响，函数G要考虑低频电压补偿U0； 电压补偿U0太小会造成转矩不足，电压补偿U0 太大会造成电流过大。 转速闭环的恒压频比控制 转速开环的变频调速系统可以满足平滑调速的要求 静态性能：存在静差 动态性能：动态响应慢 ωe* G 二极管 整流器 P W M 逆变器 IM G1 U 0 s U * · AC G2 速 度 调节器 电流限制 速 度 传 感 器 · + + _ + _ + fs* fr fr* 转速反馈闭环控制 转速闭环的恒压频比控制 转速闭环V/F比控制的原理 给定信号：电机速度指令fr*； 速度调节器：速度指令fr*与实际速度fr相比较，速度误差经过速度调节器给出定子频率指令； 电流限制信号：电流超过限制值时通过限制定子频率来限制转差频率，防止电动机失速。 恒压频比控制的特点 控制系统简单，容易实现； 负载变化时稳速性能差，难以准确控制电机转速，可采用转速闭环改善。 动态性能差，加、减速过快会造成电机失速（转差频率ωsl超过最大转矩所对应的转差频率ωslm）。 对电压型逆变器来说，加速过快会引起输出过流，减速过快会引起输出过流和中间直流侧过压。 恒压频比控制的应用 V/F比控制是一种基于异步电动机稳态模型的控制方案，用于不需要很高动态性能的场合，如风机、水泵的调速； 通用变频器：通常采用这种控制方案。 可以和普通笼型异步电动机配套使用； 具有多种可供选择的功能，适合于不同性质的负载。 转差频率控制的提出 开环系统的缺陷：动态特性差，带载特性软 控制目的：实现带转速反馈的闭环控制，提高系统动静态特性 实现方法：控制转矩 转差频率控制 转差频率控制的基本原理 恒 Es /?1 控制（即恒 ?m 控制）时的电磁转矩公式为： 其中： 转差频率控制 转差频率控制的基本原理 公式化简后： 其中定义Km为电机结构常数： 转差频率控制 转差频率控制的基本原理 定义转差角频率?s = s?1 ，则: 当电机稳态运行时，s 值很小，因而 ?s也很小，为?1的百分之几，可以认为 ?s Llr‘