金陵科技学院运动控制系统课件第2篇第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统（2）.ppt

电压变化率 当电动机由三相平衡电压供电时，线电压的变化率 电压变化率 采用PWM方式供电时，线电压的跳变在瞬间完成，幅值为 因此， 很大 在电动机绕组的匝间和轴间产生较大的漏电流，不利于电动机的正常运行。 采用多重化技术，可有效降低电压变化率，但变频器主回路和控制将复杂得多。 能量回馈与泵升电压 采用不可控整流的交-直-交变频器，能量不能从直流侧回馈至电网，交流电动机工作在发电制动状态时，能量从电动机侧回馈至直流侧，导致直流电压上升，称为泵升电压。 电动机储存的动能较大、制动时间较短或电动机长时间工作在发电制动状态时，泵升电压很高，严重时将损坏变频器。 泵升电压的限制 在直流侧并入一个制动电阻，当泵升电压达到一定值时，开通与制动电阻相串联的功率器件，通过制动电阻释放电能，以降低泵升电压。 在直流侧并入一组晶闸管有源逆变器或采用PWM可控整流，当泵升电压升高时，将能量回馈至电网，以限制泵升电压。 泵升电压的限制 图5-36 带制动电阻的交-直-交变频器主回路 泵升电压的限制 图5-37 直流侧并晶闸管有源逆变器的交-直-交变频器主回路 泵升电压的限制 图5-38 PWM可控整流的交-直-交变频器主回路 对电网的污染 由于直流侧存在较大的滤波电容，只有当输入交流线电压幅值大于电容电压时，才有充电电流流通，交流电压低于电容电压时，电流便终止。 电流波形具有较大的谐波分量，使电源受到污染。 对电网的污染 图5-39 电网侧输入电流波形 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。 需增加转速传感器、相应的检测电路和测速软件等。 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 期望电压空间矢量的合成 六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。 要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择。 PWM逆变器只有8个基本电压矢量，能否用这8个基本矢量合成出其他多种不同的矢量呢？ 期望电压空间矢量的合成 按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的基本思想。 按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。 期望电压空间矢量的合成 图5-27 电压空间矢量的6个扇区 按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，每个扇区对应 期望电压空间矢量的合成 基本电压空间矢量 图5-28 期望输出电压矢量的合成 期望输出电压矢量与扇区起始边的夹角 的线性组合构成期望的电压矢量 期望电压空间矢量的合成 在一个开关周期 T0 图5-28 期望输出电压矢量的合成 的作用时间 的作用时间 合成电压矢量 期望电压空间矢量的合成 由正弦定理可得 解得 零矢量的作用时间 期望电压空间矢量的合成 两个基本矢量作用时间之和应满足 当 输出电压矢量最大幅值 期望电压空间矢量的合成 当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量幅值 基波相电压最大幅值 基波线电压最大幅值 期望电压空间矢量的合成 SPWM的基波线电压最大幅值为 两者之比 SVPWM方式的逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比SPWM逆变器输出电压最多提高了约15%。 SVPWM的实现 通常以开关损耗和谐波分量都较小为原则，来安排基本