第5章-5.6轉速閉環(huán)、轉差頻率控制的變頻調速系統(tǒng)

1、5.6 轉速閉環(huán)、轉差頻率控制的變頻調速系統(tǒng)南陽志聯(lián)軟件問題的提出 前節(jié)所述的轉速開環(huán)變頻調速系統(tǒng)可以滿足平滑調速的要求，但靜、動態(tài)性能都有限，要提高靜、動態(tài)性能，首先要用轉速反饋閉環(huán)控制。轉速閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性比開環(huán)系統(tǒng)強，這是很明顯的，但是，是否能夠提高系統(tǒng)的動態(tài)性能呢？還得進一步探討一下。 我們知道，任何電力拖動自動控制系統(tǒng)都服從于基本運動方程式 提高調速系統(tǒng)動態(tài)性能主要依靠控制轉速的變化率 d / dt 。根據基本運動方程式，控制電磁轉矩就能控制 d / dt ，因此，歸根結底，調速系統(tǒng)的動態(tài)性能就是控制轉矩的能力。 在異步電機變壓變頻調速系統(tǒng)中，能夠控制的是電壓（或電流）和頻率，怎樣才

2、能夠通過控制電壓（電流）和頻率來控制電機的電磁轉矩？這是尋求提高系統(tǒng)動態(tài)性能時需要解決的問題。 1. 轉差頻率控制的基本思想 直流電機的轉矩與電樞電流成正比，控制電流就能控制轉矩，因此，把直流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)轉速調節(jié)器的輸出信號當作電流給定信號，也就是轉矩給定信號。 在交流異步電機中，影響轉矩的因素較多，控制異步電機轉矩的問題也比較復雜。將 按照前述恒 Eg /1 控制（即恒 m 控制）時的電磁轉矩公式可寫為： 代入上式，得 令 s = s1 ，并定義為轉差角頻率； ，是電機的結構常數(shù)； 當電機穩(wěn)態(tài)運行時，s 值很小，因而 s也很小，只是1的百分之幾，可以認為 s Llr Rr ，則轉矩可近似表

3、示為 上式表明，在s 值很小的穩(wěn)態(tài)運行范圍內，如果能夠保持氣隙磁通m不變，異步電機的轉矩就近似與轉差角頻率s 成正比。這就是說，在異步電機中控制s ，就和直流電機中控制電流一樣，能夠達到間接控制轉矩的目的?？刂妻D差頻率就代表控制轉矩，這就是轉差頻率控制的基本出發(fā)點。2. 基于異步電機穩(wěn)態(tài)模型的轉差頻率控制規(guī)律 上面分析所得的轉差頻率控制概念是在轉矩近似公式上得到的，當s 較大時，就得精確轉矩公式，把這個轉矩特性（即機械特性） 畫在下圖， 可以看出：在s 較小的穩(wěn)態(tài)運行段上，轉矩 Te基本上與s 成正比，當Te 達到其最大值Temax 時，s 達到smax值。smaxsmTemaxTemsTe0

4、 按恒m值控制的 Te=f (s ) 特性 對于上式，取 dTe / ds = 0 可得 在轉差頻率控制系統(tǒng)中，只要給s 限幅，使其限幅值為 就可以基本保持 Te與s 的正比關系，也就可以用轉差頻率控制來代表轉矩控制。這是轉差頻率控制的基本規(guī)律之一。 上述規(guī)律是在保持m恒定的前提下才成立的，于是問題又轉化為，如何能保持m 恒定？我們知道，按恒 Eg/1 控制時可保持m恒定。在異步電機的等效電路中有： 由此可見，要實現(xiàn)恒 Eg/1控制，須在Us/1 = 恒值 的基礎上再提高電壓 Us 以補償定子電流壓降。 如果忽略電流相量相位變化的影響，不同定子電流時恒 Eg/1 控制所需的電壓-頻率特性 Us

5、 = f (1, Is) 如下圖所示。不同定子電流時恒 m 控制所需的電壓-頻率特性OUs /1=Const.Eg/1=Const.定子電流增大的趨勢上述關系表明，只要 Us 和1及 Is 的關系符合上圖所示特性，就能保持 Eg/1 恒定，也就是保持 m 恒定。這是轉差頻率控制的基本規(guī)律之二。總結起來，轉差頻率控制的規(guī)律是：（1）在 s sm 的范圍內，轉矩 Te 基本上與 s 成正比，條件是氣隙磁通不變。（2）在不同的定子電流值時，按上圖的函數(shù)關系 Us = f (1 , Is) 控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通m恒定。3. 轉差頻率控制的變壓變頻調速系統(tǒng)系統(tǒng)組成控制原理性能評價系統(tǒng)組成

6、FBS電壓型逆變器PWMM3 ASR 轉差頻率控制的轉速閉環(huán)變壓變頻調速系統(tǒng)結構原理圖 控制原理 實現(xiàn)上述轉差頻率控制規(guī)律的轉速閉環(huán)變壓變頻調速系統(tǒng)結構原理圖如圖所示。 頻率控制轉速調節(jié)器ASR的輸出信號是轉差頻率給定 s* ，與實測轉速信號 相加，即得定子頻率給定信號 1* ，即 電壓控制由 1和定子電流反饋信號 Is 從微機存儲的 Us = f (1 , Is) 函數(shù)中查得定子電壓給定信號 Us* ，用 Us* 和 1* 控制PWM電壓型逆變器，即得異步電機調速所需的變壓變頻電源。性能評價 系統(tǒng)中轉差角頻率 s*與實測轉速信號 相加后得到定子頻率輸入信號 1* 這一關系是轉差頻率控制系統(tǒng)突

7、出的特點或優(yōu)點。它表明，在調速過程中，實際頻率1隨著實際轉速 同步地上升或下降，因此系統(tǒng)加、減速平滑而且穩(wěn)定。 同時，由于在動態(tài)過程中轉速調節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)能用對應于 sm 的限幅轉矩Tem 進行控制，保證了在允許條件下的快速性。 由此可見，轉速閉環(huán)轉差頻率控制的交流變壓變頻調速系統(tǒng)能夠象直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)那樣具有較好的靜、動態(tài)性能，是一個比較優(yōu)越的控制策略，結構也不算復雜。 然而，它的靜、動態(tài)性能還不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個方面： （1）在分析轉差頻率控制規(guī)律時，是從異步電機穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 m恒定”的結論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動態(tài)中 m如何變化還沒有深入研究，但肯定不會恒定，這將影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能。 （2）Us = f (1 , Is) 函數(shù)關系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動態(tài)中電流的相位也是影響轉矩變化的因素。（3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 1 = s + ，使頻率得以與轉速同步升降，這本是轉差頻率控制的優(yōu)點。然而，如果轉速檢測信號不準確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差，因為所有這些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。 轉差頻率控制系統(tǒng)的被控制量是異步電動機的平均轉矩，并未最終實現(xiàn)像直流電動機一樣能對其轉矩的瞬時值實行