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笼型异步电机变压变频调速系统（VVVF系统）——转差功率不变型调速系统 电力拖动自动控制系统 概 述 异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论是高速还是低速时效率都较高，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美。因此现在应用面很广，是本篇的重点。 本章提要 变压变频调速的基本控制方式 异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性 *电力电子变压变频器的主要类型 变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术 基于异步电动机稳态模型的变压变频调速 异步电动机的动态数学模型和坐标变换 基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统 基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系统 6.1 变压变频调速的基本控制方式 在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每极磁通量 ?m 为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。 对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应有恰当的补偿， ?m 保持不变是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通 ?m 由定子和转子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要费一些周折了。 定子每相电动势 1. 基频以下调速 恒压频比的控制方式 然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 Us ≈ Eg，则得 （6-3） 这是恒压频比的控制方式。 带压降补偿的恒压频比控制特性 2. 基频以上调速 变压变频控制特性 如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。 6.2 异步电动机电压－频率协调控制时 的机械特性 本节提要 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性 基频以下电压-频率协调控制时的机械特性 基频以上恒压变频时的机械特性 恒流正弦波供电时的机械特性 6.2.1 恒压恒频正弦波供电时异步电动机的 机械特性 特性分析（续） 机械特性 当 s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段，如图所示。 6.2.2 基频以下电压-频率协调控制时的 机械特性 1. 恒压频比控制（ Us /?1 ） 在第6-1节中已经指出，为了近似地保持气隙磁通不变，以便充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下须采用恒压频比控制。这时，同步转速自然要随频率变化。 可见最大转矩 Temax 是随着的 ?1 降低而减小的。频率很低时，Temax太小将限制电机的带载能力，采用定子压降补偿，适当地提高电压Us，可以增强带载能力，见图6-4。 机械特性曲线 2. 恒 Eg /?1 控制 异步电动机等效电路 特性分析 特性分析（续） 由等效电路可以看出 特性分析（续） 特性分析（续） 性能比较 但是，对比式（6-4）和式（6-12）可以看出，恒 Eg /?1 特性分母中含 s 项的参数要小于恒 Us /?1 特性中的同类项，也就是说， s 值要更大一些才能使该项占有显著的份量，从而不能被忽略，因此恒 Eg /?1 特性的线性段范围更宽。 性能比较（续） 性能比较（续） 机械特性曲线 3. 恒 Er /?1 控制 几种电压－频率协调控制方式的特性比较 按照式（6-1）电动势和磁通的关系，可以看出，当频率恒定时，电动势与磁通成正比。在式（6-1）中，气隙磁通的感应电动势 Eg 对应于气隙磁通幅值 ?m ，那么，转子全磁通的感应电动势 Er 就应该对应于转子全磁通幅值 ?rm ： 4．几种协调控制方式的比较 （3）恒 Er /?1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通 ?rm 恒定进行控制，即得 Er /?1 = Constant 而且，在动态中也尽可能保持 ?rm 恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。 6.2.3 基频以上恒压变频时的机械特性 性能分析（续） 而式（6-10）的最大转矩表达式可改写成 （6-21） 同步转速的表达式仍和式（6-7）一样。 机械特性曲线 6.2.4 恒流正弦波供电时的机械特性