[信息与通信]第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统.ppt

起动过程 与直流调速系统相似，起动过程可分为转矩上升、恒转矩升速与转速调节三个阶段。 在恒转矩升速阶段内，转速调节器ASR不参与调节，相当于转速开环，在正反馈内环的作用下，保持加速度恒定。 转速超调后，ASR退出饱和，进入转速调节阶段，最后达到稳态。 加载过程 系统已进入稳定运行，转速等于给定值，电磁转矩等于负载转矩 负载转矩增大为 定子电压频率 加载过程 在负载转矩的作用下转速下降，正反馈内环的作用使定子电压频率下降，但在外环的作用下，给定转差频率上升，定子电压频率上升，电磁转矩增大，转速回升，到达新的稳态。 图5-45 转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统静态特性 加载过程 SVPWM控制的定子磁链 为了产生 定子磁链矢量的增量为 7步完成的定子磁链 图5-32定子磁链矢量的运动的7步轨迹 SVPWM控制的定子磁链 弧度内实际的定子 图5-33 N=4时，实际的定子磁链矢量轨迹 磁链矢量轨迹 定子磁链矢量轨迹 SVPWM控制的定子磁链 弧度的定子 图5-34 定子旋转磁链矢量轨迹 磁链矢量轨迹 定子磁链矢量轨迹 SVPWM控制的定子磁链 实际的定子磁链矢量轨迹在期望的磁链圆周围波动。N越大，磁链轨迹越接近于圆，但开关频率随之增大。 由于N是有限的，所以磁链轨迹只能接近于圆，而不可能等于圆。 SVPWM控制的特点 8个基本输出矢量，6个有效工作矢量和2个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用1次的方式，生成正6边形的旋转磁链，谐波分量大，导致转矩脉动。 用相邻的2个有效工作矢量，合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。开关周期越小，旋转磁场越接近于圆，但功率器件的开关频率将提高。 SVPWM控制的特点 用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简便。 与一般的SPWM相比较，SVPWM控制方式的输出电压最多可提高15%。 5.5 转速开环变压变频调速系统 对于风机、水泵等调速性能要求不高的负载，可以根据电动机的稳态模型，采用转速开环电压频率协调控制的方案。 通用变频器控制系统 可以和通用的笼型异步电动机配套使用。 具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。 5.5.1 转速开环变压变频调速系统结构 由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，频率设定必须通过给定积分算法产生平缓的升速或降速信号， 电压--频率特性 电压/频率特性 当实际频率大于或等于额定频率时，只能保持额定电压不变。而当实际频率小于额定频率时，一般是带低频补偿的恒压频比控制。 系统结构 图5-40 转速开环变压变频调速系统 5.5.2 系统实现 图5-41 数字控制通用变频器-异步电动机调速系统硬件原理图 系统硬件包括： 主电路、驱动电路、微机控制电路、信号采集与故障综合电路。 5.6 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统 转速开环变频调速系统可以满足平滑调速的要求，但静、动态性能不够理想。 采用转速闭环控制可提高静、动态性能，实现稳态无静差。 转速闭环转差频率控制的变压变频调速是基于异步电动机稳态模型的转速闭环控制系统。 5.6.1 转差频率控制的基本概念及特点 异步电动机恒气隙磁通的电磁转矩公式 将 转差频率控制的基本概念及特点 代入电磁转矩公式 ，得 电机结构常数 转差频率控制的基本概念及特点 定义转差角频率 电磁转矩 转差率s较小，转矩可近似表示 转差频率控制的基本思想 保持气隙磁通不变，在s值较小的稳态运行范围内，异步电动机的转矩就近似与转差角频率成正比。 在保持气隙磁通不变的前提下，可以通过控制转差角频率来控制转矩，这就是转差频率控制的基本思想。 转差频率控制的基本思想 临界转差角频率 最大转矩（临界转矩） 转差频率控制的基本思想 要保证系统稳定运行，必须使 在转差频率控制系统中，系统允许的最大转差频率小于临界转差频率 转差频率控制的基本规律 用转差频率来控制转矩，是转差频率控制的基本规律之一。 图5-42 恒气隙磁通控制的机械特性 转差频率控制的基本思想 如何保持气隙磁通恒定，是转差频率控制系统要解决的第二个问题。 保持气隙磁通恒定，异步电动机定子电压 必须采用定子电压补偿控制，以抵消定子电阻和漏抗的压降。 转差频率控制的基本思想 定子电压补偿应该是幅值和相位的补偿，但控制系统复杂。 忽略电流相量相位变化的影响，仅采用幅值补偿，则电压–频率特性为 其中 转差频率控制的基本思想 高频时，定子漏抗压降占主导地位，可忽略定子电阻，简化为 电压—频率特性近似呈线性； 低频时，定子电阻的影响不可忽略，曲线呈现非线性性质。 转差频率控制的基本思想 高频时，近似呈线性； 低频时，呈非线性。 图5-43