電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)5

第2章交流調(diào)速系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)2023/12/271交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)取代直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域一般性能調(diào)速和節(jié)能調(diào)速高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速2023/12/272異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速轉(zhuǎn)差功率消耗型轉(zhuǎn)差功率饋送型轉(zhuǎn)差功率不變型同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2023/12/273第5章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)2023/12/274基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速在基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，采用穩(wěn)態(tài)等值電路來分析異步電動(dòng)機(jī)在不同電壓和頻率供電條件下的轉(zhuǎn)矩與磁通的穩(wěn)態(tài)關(guān)系和機(jī)械特性，并在此根底上設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。2023/12/275基于穩(wěn)態(tài)模型的調(diào)速方法常用的基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法有調(diào)壓調(diào)速和變壓變頻調(diào)速兩類。2023/12/276內(nèi)容提要異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速電力電子變壓變頻器轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)2023/12/2775.1異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路和機(jī)械特性，兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。穩(wěn)態(tài)等值電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率下電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)電氣特性。機(jī)械特性那么表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率〔或轉(zhuǎn)速〕的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。2023/12/278異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系2023/12/279異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動(dòng)機(jī)T型等效電路2023/12/2710異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)子相電流〔折合到定子側(cè)〕2023/12/2711異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型忽略勵(lì)磁電流2023/12/2712異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化等效電路的相電流2023/12/2713異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動(dòng)機(jī)傳遞的電磁功率機(jī)械同步角速度2023/12/2714異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩〔機(jī)械特性方程式〕2023/12/2715異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型對(duì)s求導(dǎo)，并令最大轉(zhuǎn)矩，又稱臨界轉(zhuǎn)矩2023/12/2716異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型臨界轉(zhuǎn)差率：對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率2023/12/2717異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型將機(jī)械特性方程式分母展開2023/12/2718異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型當(dāng)s很小時(shí)，忽略分母中含s各項(xiàng)轉(zhuǎn)矩近似與s成正比，機(jī)械特性近似為直線2023/12/2719異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型當(dāng)s較大時(shí)，忽略分母中s的一次項(xiàng)和零次項(xiàng)轉(zhuǎn)矩近似與s成反比，機(jī)械特性是一段雙曲線2023/12/2720異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動(dòng)機(jī)由額定電壓、額定頻率供電，且無外加電阻和電抗時(shí)的機(jī)械特性方程式，稱作固有特性或自然特性。2023/12/2721異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法與氣隙磁通異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法所謂調(diào)速，就是人為地改變機(jī)械特性的參數(shù)，使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)偏離固有特性，工作在人為機(jī)械特性上，以到達(dá)調(diào)速的目的。2023/12/2722異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法與氣隙磁通由異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式能夠改變的參數(shù)可分為3類：電動(dòng)機(jī)參數(shù)、電源電壓和電源頻率〔或角頻率〕。2023/12/2723異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法與氣隙磁通三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢(shì)的有效值忽略定子繞組電阻和漏磁感抗壓降2023/12/2724異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法與氣隙磁通氣隙磁通為了保持氣隙磁通恒定，應(yīng)使2023/12/27255.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速保持電源頻率為額定頻率，只改變定子電壓的調(diào)速方法稱作調(diào)壓調(diào)速。由于受電動(dòng)機(jī)絕緣和磁路飽和的限制，定子電壓只能降低，不能升高，故又稱作降壓調(diào)速。2023/12/27265.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速的根本特征：電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速保持額定值不變氣隙磁通隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速2023/12/27275.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速TVC——雙向晶閘管交流調(diào)壓器a)不可逆電路b)可逆電路2023/12/27285.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性表達(dá)式Us可調(diào)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比2023/12/27295.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速理想空載轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速不變臨界轉(zhuǎn)差率保持不變2023/12/27305.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速臨界轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的減小而成平方比地下降2023/12/27315.2.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速

的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性2023/12/27325.2.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速

的機(jī)械特性帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，普通籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速時(shí)的穩(wěn)定工作范圍為調(diào)速范圍有限，圖中A、B、C為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在不同電壓時(shí)的穩(wěn)定工作點(diǎn)。帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載運(yùn)行，調(diào)速范圍可以稍大一些，圖中D、E、F為風(fēng)機(jī)類負(fù)載在不同電壓時(shí)的穩(wěn)定工作點(diǎn)。2023/12/27335.2.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速

的機(jī)械特性帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，定子側(cè)輸入的電磁功率ω1，TL為常數(shù)故電磁功率恒定不變，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。2023/12/27345.2.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速

的機(jī)械特性轉(zhuǎn)差功率隨著轉(zhuǎn)差率的加大而增加。帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的降壓調(diào)速就是靠增大轉(zhuǎn)差功率、減小輸出功率來換取轉(zhuǎn)速的降低。增加的轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，這就是轉(zhuǎn)差功率消耗型的由來。2023/12/27355.2.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速

的機(jī)械特性增加轉(zhuǎn)子電阻值，臨界轉(zhuǎn)差率加大，可以擴(kuò)大恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的調(diào)速范圍，這種高轉(zhuǎn)子電阻電動(dòng)機(jī)又稱作交流力矩電動(dòng)機(jī)。缺點(diǎn)是機(jī)械特性較軟高轉(zhuǎn)子電阻電動(dòng)機(jī)〔交流力矩電動(dòng)機(jī)〕在不同電壓下的機(jī)械特性2023/12/27365.2.2異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速

的機(jī)械特性要求帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)壓系統(tǒng)具有較大的調(diào)速范圍時(shí)，往往須采用帶轉(zhuǎn)速反響的閉環(huán)控制系統(tǒng)。帶轉(zhuǎn)速負(fù)反響閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)2023/12/27375.2.3閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載穩(wěn)定時(shí)，如果負(fù)載增大或減小，引起轉(zhuǎn)速下降或上升，反響控制作用會(huì)自動(dòng)調(diào)整定子電壓，使閉環(huán)系統(tǒng)工作在新的穩(wěn)定工作點(diǎn)。按照反響控制規(guī)律，將穩(wěn)定工作點(diǎn)連接起來便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。2023/12/27385.2.3閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜特性左右兩邊都有極限，它們是額定電壓下的機(jī)械特性和最小輸出電壓下的機(jī)械特性。2023/12/27395.2.4降壓控制應(yīng)用三相異步電動(dòng)機(jī)直接接電網(wǎng)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流比較大，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。2023/12/27405.2.4降壓控制應(yīng)用中、大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流大，會(huì)使電網(wǎng)壓降過大，影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至使該電動(dòng)機(jī)本身根本起動(dòng)不起來必須采取措施來降低其起動(dòng)電流，常用的方法是降壓起動(dòng)。2023/12/27415.2.4降壓控制應(yīng)用當(dāng)電壓降低時(shí)，起動(dòng)電流將隨電壓成正比地降低，從而可以避開起動(dòng)電流沖擊的頂峰。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減小將比起動(dòng)電流的降低更多，降壓起動(dòng)時(shí)又會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不夠的問題。降壓起動(dòng)只適用于中、大容量電動(dòng)機(jī)空載〔或輕載〕起動(dòng)的場(chǎng)合。2023/12/27425.2.4降壓控制應(yīng)用三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的總損耗電機(jī)的運(yùn)行效率2023/12/27435.2.4降壓控制應(yīng)用輕載降壓運(yùn)行為了減少輕載時(shí)的能量損耗，降低定子電壓可以降低氣隙磁通，這樣可以同時(shí)降低鐵損和勵(lì)磁電流。過分降低電壓和磁通，轉(zhuǎn)子電流必然增大，定子電流反而可能增加，鐵損的降低將被銅損的增加填補(bǔ)，效率反而更差了。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，輕載降壓運(yùn)行有一個(gè)最正確電壓值，此時(shí)效率最高。2023/12/27445.3異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速是改變異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速隨頻率而變化2023/12/27455.3.1變壓變頻調(diào)速的根本原理異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)速降隨負(fù)載大小變化2023/12/27465.3.1變壓變頻調(diào)速的根本原理只要控制便可控制氣隙磁通2023/12/27475.3.1變壓變頻調(diào)速的根本原理基頻以下調(diào)速當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)在基頻〔額定頻率〕以下運(yùn)行時(shí)，如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果磁通過大，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。最好是保持每極磁通量為額定值不變。2023/12/27485.3.1變壓變頻調(diào)速的根本原理基頻以下調(diào)速當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須使基頻以下應(yīng)采用電動(dòng)勢(shì)頻率比為恒值的控制方式。2023/12/27495.3.1變壓變頻調(diào)速的根本原理恒壓頻比的控制方式當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，忽略定子電阻和漏感壓降，低頻補(bǔ)償〔低頻轉(zhuǎn)矩提升〕低頻時(shí)，定子電阻和漏感壓降所占的份量比較顯著，不能再忽略。人為地把定子電壓抬高一些，以補(bǔ)償定子阻抗壓降。負(fù)載大小不同，需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ与妷阂膊灰粯印?023/12/27505.3.1變壓變頻調(diào)速的根本原理通常在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以供用戶選擇。a——無補(bǔ)償b——帶定子電壓補(bǔ)償2023/12/27515.3.1變壓變頻調(diào)速的根本原理基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率從向上升高，受到電機(jī)絕緣耐壓和磁路飽和的限制，定子電壓不能隨之升高，最多只能保持額定電壓不變。這將導(dǎo)致磁通與頻率成反比地降低，使得異步電動(dòng)機(jī)工作在弱磁狀態(tài)。2023/12/27525.3.1變壓變頻調(diào)速的根本原理異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性2023/12/27535.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性基頻以下采用恒壓頻比控制異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式改寫為2023/12/27545.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性當(dāng)s很小時(shí)，忽略上式分母中含s各項(xiàng)，2023/12/27555.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性對(duì)于同一轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速降落根本不變?cè)诤銐侯l比的條件下把頻率向下調(diào)節(jié)時(shí)，機(jī)械特性根本上是平行下移的。2023/12/27565.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性臨界轉(zhuǎn)矩隨著頻率的降低而減小。當(dāng)頻率較低時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶載能力減弱，采用低頻定子壓降補(bǔ)償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷?，可以增?qiáng)帶載能力。2023/12/27575.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性轉(zhuǎn)差功率與轉(zhuǎn)速無關(guān)，故稱作轉(zhuǎn)差功率不變型。2023/12/27585.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性電壓不能從額定值再向上提高，只能保持不變，機(jī)械特性方程式可寫成臨界轉(zhuǎn)矩表達(dá)式2023/12/27595.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性臨界轉(zhuǎn)差當(dāng)s很小時(shí)，忽略上式分母中含s各項(xiàng)2023/12/27605.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性帶負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落對(duì)于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，轉(zhuǎn)速降落越大，機(jī)械特性越軟，與直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速相似。2023/12/27615.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性轉(zhuǎn)差功率帶恒功率負(fù)載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差功率根本不變。2023/12/27625.3.2變壓變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性2023/12/27635.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速〞方式。在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)磁通減小，允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，由于轉(zhuǎn)速上升，允許輸出功率根本恒定，屬于“近似的恒功率調(diào)速〞方式。2023/12/27645.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制在基頻以下運(yùn)行時(shí)，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。但負(fù)載的變化時(shí)定子壓降不同，將導(dǎo)致磁通改變，須采用定子電壓補(bǔ)償控制。根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以保持磁通恒定。2023/12/27655.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制為了使參考極性與電動(dòng)狀態(tài)下的實(shí)際極性相吻合，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)采用電壓降的表示方法，由高電位指向低電位。2023/12/27665.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2023/12/27675.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制轉(zhuǎn)子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2023/12/27685.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制保持定子磁通恒定：常值定子電動(dòng)勢(shì)不好直接控制，能夠直接控制的只有定子電壓，按補(bǔ)償定子電阻壓降，就能夠得到恒定子磁通。2023/12/27695.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制忽略勵(lì)磁電流，轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩2023/12/27705.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制恒壓頻比控制時(shí)的轉(zhuǎn)矩式兩式相比可知，恒定子磁通控制時(shí)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式的分母小于恒壓頻比控制特性中的同類項(xiàng)。當(dāng)轉(zhuǎn)差率s相同時(shí)，采用恒定子磁通控制方式的電磁轉(zhuǎn)矩大于恒壓頻比控制方式。2023/12/27715.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)矩頻率變化時(shí)，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變。2023/12/27725.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制恒定子磁通控制恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率大于恒壓頻比控制方式。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于恒壓頻比控制方式。

2023/12/27735.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制保持氣隙磁通恒定：常值定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子漏抗壓降。2023/12/27745.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩2023/12/27755.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)矩與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機(jī)械特性更硬。2023/12/27765.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制保持氣隙磁通恒定：常值定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子和轉(zhuǎn)子漏抗壓降。2023/12/27775.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩2023/12/27785.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制機(jī)械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。2023/12/27795.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制a〕恒壓頻比b〕恒定子磁通c〕恒氣隙磁通d〕恒轉(zhuǎn)子磁通2023/12/27805.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性根本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。2023/12/27815.3.3基頻以下電壓補(bǔ)償控制恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最正確。2023/12/27825.4電力電子變壓變頻器異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速需要電壓與頻率均可調(diào)的交流電源，常用的交流可調(diào)電源是由電力電子器件構(gòu)成的靜止式功率變換器，一般稱為變頻器。2023/12/27835.4電力電子變壓變頻器交-直-交變頻器：先將恒壓恒頻的交流電整成直流，再將直流電逆變成電壓與頻率均為可調(diào)的交流，稱作間接變頻。交-交變頻器：將恒壓恒頻的交流電直接變換為電壓與頻率均為可調(diào)的交流電，無需中間直流環(huán)節(jié)，稱作直接變頻。2023/12/27845.4電力電子變壓變頻器變頻器結(jié)構(gòu)示意圖a〕交-直-交變頻器b〕交-交變頻器2023/12/2785脈沖寬度調(diào)制技術(shù)現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制〔PulseWidthModulation〕，簡(jiǎn)稱PWM。根本思想是控制逆變器中電力電子器件的開通或關(guān)斷，輸出電壓為幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣的高頻脈沖序列代替期望的輸出電壓。2023/12/27865.4.1PWM變頻器主回路交-直-交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖2023/12/27875.4.1PWM變頻器主回路左邊是不可控整流橋，將三相交流電整流成電壓恒定的直流電壓。右邊是逆變器，將直流電壓變換為頻率與電壓均可調(diào)的交流電。中間的濾波環(huán)節(jié)是為了減小直流電壓脈動(dòng)而設(shè)置的。2023/12/27885.4.1PWM變頻器主回路主回路只有一套可控功率級(jí)，具有結(jié)構(gòu)、控制方便的優(yōu)點(diǎn)，采用脈寬調(diào)制的方法，輸出諧波分量小。缺點(diǎn)是當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)能量不能回饋至電網(wǎng)，造成直流側(cè)電壓上升，稱作泵升電壓。2023/12/2789直流母線供電采用直流母線供電給多臺(tái)逆變器，可以減少整流裝置的電力電子器件，逆變器從直流母線上汲取能量，還可以通過直流母線來實(shí)現(xiàn)能量平衡，提高整流裝置的工作效率。當(dāng)某個(gè)電動(dòng)機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，直流母線能將回饋的能量送至其他負(fù)載，實(shí)現(xiàn)能量交換，有效地抑制泵升電壓。2023/12/2790直流母線供電直流母線方式的變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖2023/12/27915.4.2正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制〔SinusoidalpulseWidthModulation，簡(jiǎn)稱SPWM〕。2023/12/27925.4.2正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)a)三相正弦調(diào)制波與雙極性三角載波b〕、c〕、d〕三相電壓e〕輸出線電壓f〕電動(dòng)機(jī)相電壓三相PWM逆變器雙極性SPWM波形2023/12/27935.4.3消除指定諧波PWM普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分量，減少電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可以采用直接計(jì)算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。在SPWM的根底上衍生出的“消除指定次數(shù)諧波PWM〞〔SHEPWM，SelectedHarmonicsEliminationPWM〕控制技術(shù)。2023/12/27945.4.3消除指定諧波PWM變壓變頻器輸出的相電壓PWM波形2023/12/27955.4.3消除指定諧波PWM要消除第k次諧波分量，只須令基波幅值為所要求的電壓值2023/12/27965.4.4電流跟蹤PWM〔CFPWM〕控制技術(shù)電流跟蹤PWM〔CFPWM，CurrentFollowPWM〕的控制方法是：在原來主回路的根底上，采用電流閉環(huán)控制，使實(shí)際電流快速跟隨給定值。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，盡可能使實(shí)際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。2023/12/27975.4.4電流跟蹤PWM〔CFPWM〕控制技術(shù)電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖2023/12/27985.4.4電流跟蹤PWM〔CFPWM〕控制技術(shù)電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2h。將給定電流與輸出電流進(jìn)行比較，電流偏差超過±h時(shí)，經(jīng)滯環(huán)控制器HBC控制逆變器上〔或下〕橋臂的功率器件動(dòng)作。2023/12/27995.4.4電流跟蹤PWM〔CFPWM〕控制技術(shù)電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高、響應(yīng)快，且易于實(shí)現(xiàn)。但功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)的三相電流波形與相電壓PWM波形2023/12/271005.4.4電流跟蹤PWM〔CFPWM〕控制技術(shù)電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的寬度有關(guān)，同時(shí)還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。當(dāng)環(huán)寬選得較大時(shí)，開關(guān)頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開關(guān)頻率卻增大了。實(shí)際使用中，應(yīng)在器件開關(guān)頻率允許的前提下，盡可能選擇小的環(huán)寬。2023/12/271015.4.5電壓空間矢量PWM〔SVPWM〕控制技術(shù)把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來控制逆變器的工作，這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制〞，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)的，所以又稱“電壓空間矢量PWM〔SVPWM，SpaceVectorPWM〕控制〞。2023/12/271025.4.5電壓空間矢量PWM〔SVPWM〕控制技術(shù)把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來控制逆變器的工作，這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制〞，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)的，所以又稱“電壓空間矢量PWM〔SVPWM，SpaceVectorPWM〕控制〞。2023/12/27103空間矢量的定義交流電動(dòng)機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時(shí)間變化的，如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。定義三相定子電壓空間矢量，k為待定系數(shù)

2023/12/27104空間矢量的合成三相合成矢量電壓空間矢量2023/12/27105空間矢量的定義定子電流空間矢量定子磁鏈空間矢量

2023/12/27106空間矢量表達(dá)式空間矢量功率表達(dá)式

2023/12/27107空間矢量表達(dá)式考慮到三相瞬時(shí)功率按空間矢量功率與三相瞬時(shí)功率相等的原那么2023/12/27108空間矢量表達(dá)式2023/12/27109空間矢量表達(dá)式當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時(shí)，三相合成矢量2023/12/27110空間矢量表達(dá)式以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值在三相平衡正弦電壓供電時(shí)，假設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已穩(wěn)定，那么定子電流和磁鏈的空間矢量的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。2023/12/27111電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系合成空間矢量表示的定子電壓方程式忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為2023/12/27112電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系當(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動(dòng)軌跡呈圓形〔簡(jiǎn)稱為磁鏈圓〕。定子磁鏈?zhǔn)噶慷ㄗ与妷菏噶?023/12/27113電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡電壓矢量圓軌跡2023/12/27114電壓空間矢量旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡直流電源中點(diǎn)O’和交流電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)O的電位不等，但合成電壓矢量的表達(dá)式相等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點(diǎn)無關(guān)。2023/12/271158個(gè)根本空間矢量PWM逆變器共有8種工作狀態(tài)2023/12/271168個(gè)根本空間矢量依此類推，可得8個(gè)根本空間矢量。2023/12/271178個(gè)根本空間矢量6個(gè)有效工作矢量幅值為空間互差2個(gè)零矢量2023/12/27118根本電壓空間矢量圖2023/12/27119正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)6個(gè)有效工作矢量順序分別作用△t時(shí)間，并使每個(gè)有效工作矢量作用

6個(gè)有效工作矢量完成一個(gè)周期，輸出基波電壓角頻率2023/12/27120正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽縦=1,2,3,4,5,6

定子磁鏈?zhǔn)噶窟\(yùn)動(dòng)方向與電壓矢量相同，增量的幅值等于2023/12/27121正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)軌跡為定子磁鏈?zhǔn)噶吭隽?023/12/27122正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在一個(gè)周期內(nèi)，6個(gè)有效工作矢量順序作用一次，定子磁鏈?zhǔn)噶渴且粋€(gè)封閉的正六邊形。正六邊形定子磁鏈軌跡2023/12/27123正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)正六邊形定子磁鏈的大小與直流側(cè)電壓成正比，而與電源角頻率成反比。2023/12/27124正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在基頻以下調(diào)速時(shí)，應(yīng)保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。假設(shè)直流側(cè)電壓恒定，那么ω1越小時(shí)，△t越大，勢(shì)必導(dǎo)致增大2023/12/27125正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)要保持正六邊形定子磁鏈不變，必須使在變頻的同時(shí)必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控制的復(fù)雜性。2023/12/27126正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有效的方法是插入零矢量當(dāng)零矢量作用時(shí)，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽空f明定子磁鏈?zhǔn)噶客Ａ舨粍?dòng)。2023/12/27127正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有效工作矢量作用時(shí)間定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?023/12/27128正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在時(shí)間△t1段內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E沿著有效工作電壓矢量方向運(yùn)行。在時(shí)間△t0段內(nèi)，零矢量起作用，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留在原地，等待下一個(gè)有效工作矢量的到來。正六邊形定子磁鏈的最大值2023/12/27129正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在直流電壓不變的條件下，要保持恒定，只要使△t1為常數(shù)即可。輸出頻率越低，△t越大，零矢量作用時(shí)間△t0也越大，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留的時(shí)間越長(zhǎng)。由此可知，零矢量的插入有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速度的矛盾。2023/12/27130期望電壓空間矢量的合成六邊形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶有較大的諧波分量，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)。要獲得更多邊形或接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就必須有更多的空間位置不同的電壓空間矢量以供選擇。PWM逆變器只有8個(gè)根本電壓矢量，能否用這8個(gè)根本矢量合成出其他多種不同的矢量呢？2023/12/27131期望電壓空間矢量的合成按空間矢量的平行四邊形合成法那么，用相鄰的兩個(gè)有效工作矢量合成期望的輸出矢量，這就是電壓空間矢量PWM〔SVPWM〕的根本思想。按6個(gè)有效工作矢量將電壓矢量空間分為對(duì)稱的六個(gè)扇區(qū)，當(dāng)期望輸出電壓矢量落在某個(gè)扇區(qū)內(nèi)時(shí)，就用與期望輸出電壓矢量相鄰的2個(gè)有效工作矢量等效地合成期望輸出矢量。2023/12/27132期望電壓空間矢量的合成按6個(gè)有效工作矢量將電壓矢量空間分為對(duì)稱的六個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)π/3電壓空間矢量的6個(gè)扇區(qū)2023/12/27133期望電壓空間矢量的合成根本電壓空間矢量的線性組合構(gòu)成期望的電壓矢量期望輸出電壓矢量與扇區(qū)起始邊的夾角期望輸出電壓矢量的合成2023/12/27134期望電壓空間矢量的合成在一個(gè)開關(guān)周期T0u1的作用是將t1，u2的作用時(shí)間t2合成電壓矢量期望輸出電壓矢量的合成2023/12/27135期望電壓空間矢量的合成由正弦定理可得零矢量的作用時(shí)間2023/12/27136期望電壓空間矢量的合成兩個(gè)根本矢量作用時(shí)間之和應(yīng)滿足輸出電壓矢量最大幅值2023/12/27137期望電壓空間矢量的合成當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時(shí)，三相合成矢量幅值基波相電壓最大幅值基波線電壓最大幅值2023/12/27138期望電壓空間矢量的合成SPWM的基波線電壓最大幅值為SVPWM方式的逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比SPWM逆變器輸出電壓最多提高了約15%。2023/12/27139SVPWM的實(shí)現(xiàn)通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原那么，來安排根本矢量和零矢量的作用順序，一般在減少開關(guān)次數(shù)的同時(shí)，盡量使PWM輸出波型對(duì)稱，以減少諧波分量。2023/12/27140零矢量集中的實(shí)現(xiàn)方法按照對(duì)稱原那么，將兩個(gè)根本電壓矢量的作用時(shí)間平分為二后，安放在開關(guān)周期的首端和末端。零矢量的作用時(shí)間放在開關(guān)周期的中間，并按開關(guān)次數(shù)最少的原那么選擇零矢量。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，有一相的狀態(tài)保持不變，從一個(gè)矢量切換到另一個(gè)矢量時(shí)，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化，因而開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗小。2023/12/27141零矢量集中的實(shí)現(xiàn)方法零矢量集中的SVPWM實(shí)現(xiàn)2023/12/27142零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法將零矢量平均分為4份，在開關(guān)周期的首、尾各放1份，在中間放兩份。將兩個(gè)根本電壓矢量的作用時(shí)間平分為二后，插在零矢量間。按開關(guān)次數(shù)最少的原那么選擇矢量。2023/12/27143零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法零矢量分布的SVPWM實(shí)現(xiàn)2023/12/27144零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法每個(gè)周期均以零矢量開始，并以零矢量結(jié)束。從一個(gè)矢量切換到另一個(gè)矢量時(shí)，只有一相狀態(tài)發(fā)生變化。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，三相狀態(tài)均各變化一次，開關(guān)損耗略大于零矢量集中的方法。2023/12/27145SVPWM控制的定子磁鏈將占據(jù)π/3的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E等分為N個(gè)小區(qū)間，每個(gè)小區(qū)間所占的時(shí)間定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E為正6N邊形，軌跡更接近于圓，諧波分量小，能有效減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。2023/12/27146SVPWM控制的定子磁鏈在每個(gè)小區(qū)間內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛榉歉倦妷菏噶浚仨氂脙蓚€(gè)根本矢量合成。期望的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E2023/12/27147SVPWM控制的定子磁鏈為了產(chǎn)生定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?/p>

2023/12/27148SVPWM控制的定子磁鏈

定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)的7步軌跡2023/12/27149SVPWM控制的定子磁鏈定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽Eπ/3弧度內(nèi)實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽EN=4時(shí)，實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E2023/12/27150SVPWM控制的定子磁鏈定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E0~2π弧度的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E定子旋轉(zhuǎn)磁鏈?zhǔn)噶寇壽E2023/12/27151SVPWM控制的定子磁鏈實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在期望的磁鏈圓周圍波動(dòng)。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓，但開關(guān)頻率隨之增大。由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。2023/12/27152SVPWM控制的特點(diǎn)8個(gè)根本輸出矢量，6個(gè)有效工作矢量和2個(gè)零矢量，在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個(gè)有效工作矢量只作用1次的方式，生成正6邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。用相鄰的2個(gè)有效工作矢量，合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。開關(guān)周期越小，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)越接近于圓，但功率器件的開關(guān)頻率將提高。2023/12/27153SVPWM控制的特點(diǎn)用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡(jiǎn)便。與一般的SPWM相比較，SVPWM控制方式的輸出電壓最多可提高15%。2023/12/271545.4.6交流PWM變頻器-異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特殊問題PWM變頻器的輸出電壓為等幅不等寬的脈沖序列，該脈沖序列可分解為基波和一系列諧波分量。基波產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，而諧波分量那么帶來一些負(fù)面效應(yīng)。2023/12/27155轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)一般使PWM波正負(fù)半波鏡對(duì)稱和1/4周期對(duì)稱，那么三相對(duì)稱的電壓PWM波可用傅氏級(jí)數(shù)表示2023/12/27156轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)當(dāng)諧波次數(shù)k是3的整數(shù)倍時(shí)，諧波電壓為零序分量，不產(chǎn)生該次諧波電流。因此，三相電流可表示為2023/12/27157轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)三相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)近似為正弦波單相等效電路2023/12/27158轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與k次諧波電流傳輸?shù)乃矔r(shí)功率2023/12/27159轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)k次諧波電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩2023/12/27160轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)

k次諧波電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩2023/12/27161轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)5次和7次諧波電流產(chǎn)生6次的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，11次和13次諧波電流產(chǎn)生12次的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在PWM控制時(shí)，應(yīng)抑制這些諧波分量。當(dāng)k繼續(xù)增大時(shí)，諧波電流較小，脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，可忽略不計(jì)。2023/12/27162電壓變化率當(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡電壓供電時(shí)，線電壓的變化率2023/12/27163電壓變化率采用PWM方式供電時(shí)，線電壓的跳變?cè)谒查g完成，幅值為

很大在電動(dòng)機(jī)繞組的匝間和軸間產(chǎn)生較大的漏電流，不利于電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。采用多重化技術(shù)，可有效降低電壓變化率，但變頻器主回路和控制將復(fù)雜得多。2023/12/27164能量回饋與泵升電壓采用不可控整流的交-直-交變頻器，能量不能從直流側(cè)回饋至電網(wǎng)，交流電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量從電動(dòng)機(jī)側(cè)回饋至直流側(cè)，導(dǎo)致直流電壓上升，稱為泵升電壓。電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)存的動(dòng)能較大、制動(dòng)時(shí)間較短或電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，泵升電壓很高，嚴(yán)重時(shí)將損壞變頻器。2023/12/27165能量回饋與泵升電壓在直流側(cè)并入一個(gè)制動(dòng)電阻，當(dāng)泵升電壓到達(dá)一定值時(shí)，開通與制動(dòng)電阻相串聯(lián)的功率器件，通過制動(dòng)電阻釋放電能，以降低泵升電壓。在直流側(cè)并入一組晶閘管有源逆變器或采用PWM可控整流，當(dāng)泵升電壓升高時(shí)，將能量回饋至電網(wǎng)，以限制泵升電壓。2023/12/27166泵升電壓的限制帶制動(dòng)電阻的交-直-交變頻器主回路2023/12/27167泵升電壓的限制直流側(cè)并晶閘管有源逆變器的交-直-交變頻器主回路2023/12/27168泵升電壓的限制PWM可控整流的交-直-交變頻器主回路2023/12/27169對(duì)電網(wǎng)的污染由于直流側(cè)存在較大的濾波電容，只有當(dāng)輸入交流線電壓幅值大于電容電壓時(shí)，才有充電電流流通，交流電壓低于電容電壓時(shí)，電流便終止。電流波形具有較大的諧波分量，使電源受到污染。2023/12/27170對(duì)電網(wǎng)的污染電網(wǎng)側(cè)輸入電流波形2023/12/271715.5轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于風(fēng)機(jī)、水泵等調(diào)速性能要求不高的負(fù)載，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型，采用轉(zhuǎn)速開環(huán)電壓頻率協(xié)調(diào)控制的方案。通用變頻器控制系統(tǒng)可以和通用的籠型異步電動(dòng)機(jī)配套使用。具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。2023/12/271725.5.1轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于系統(tǒng)本身沒有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流的作用，頻率設(shè)定必須通過給定積分算法產(chǎn)生平緩的升速或降速信號(hào)，2023/12/27173電壓--頻率特性電壓/頻率特性當(dāng)實(shí)際頻率大于或等于額定頻率時(shí)，只能保持額定電壓不變。而當(dāng)實(shí)際頻率小于額定頻率時(shí)，一般是帶低頻補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制。2023/12/27174系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)2023/12/271755.5.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件包括：主電路、驅(qū)動(dòng)電路、微機(jī)控制電路、信號(hào)采集與故障綜合電路。數(shù)字控制通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件原理圖2023/12/271765.6轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足平滑調(diào)速的要求，但靜、動(dòng)態(tài)性能不夠理想。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制可提高靜、動(dòng)態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。需增加轉(zhuǎn)速傳感器、相應(yīng)的檢測(cè)電路和測(cè)速軟件等。轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速是基于異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。2023/12/271775.6.1轉(zhuǎn)差頻率控制的根本概念及特點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)恒氣隙磁通的電磁轉(zhuǎn)矩公式2023/12/27178轉(zhuǎn)差頻率控制的根本概念及特點(diǎn)代入電磁轉(zhuǎn)矩公式，得電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)2023/12/27179轉(zhuǎn)差頻率控制的根本概念及特點(diǎn)定義轉(zhuǎn)差角頻率電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率s較小，轉(zhuǎn)矩可近似表示2023/12/27180轉(zhuǎn)差頻率控制的根本思想保持氣隙磁通不變，在s值較小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍內(nèi)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率成正比。在保持氣隙磁通不變的前提下，可以通過控制轉(zhuǎn)差角頻率來控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的根本思想。2023/12/27181轉(zhuǎn)差頻率控制的根本思想臨界轉(zhuǎn)差最大轉(zhuǎn)矩〔臨界轉(zhuǎn)矩〕2023/12/27182轉(zhuǎn)差頻率控制的根本思想要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須使在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)允許的最大轉(zhuǎn)差頻率小于臨界轉(zhuǎn)差頻率2023/12/27183轉(zhuǎn)差頻率控制的根本規(guī)律用轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩，是轉(zhuǎn)差頻率控制的根本規(guī)律之一。恒氣隙磁通控制的機(jī)械特性2023/12/27184轉(zhuǎn)差頻率控制的根本思想如何保持氣隙磁通恒定，是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)要解決的第二個(gè)問題。保持氣隙磁通恒定，異步電動(dòng)機(jī)定子電壓必須采用定子電壓補(bǔ)償控制，以抵消定子電阻和漏抗的壓降。

2023/12/27185轉(zhuǎn)差頻率控制的根本思想定子電壓補(bǔ)償應(yīng)該是幅值和相位的補(bǔ)償，但控制系統(tǒng)復(fù)雜。忽略電流相量相位變化的影響，僅采用幅值補(bǔ)償，那么電壓–頻率特性為2023/12/27186轉(zhuǎn)差頻率控制的根本思想高頻時(shí)，定子漏抗壓降占主導(dǎo)地位，可忽略定子電阻，簡(jiǎn)化為電壓—頻率特性近似呈線性；低頻時(shí)，定子電阻的影響不可忽略，曲線呈現(xiàn)非線性性質(zhì)。2023/12/27187轉(zhuǎn)差頻率控制的根本思想高頻時(shí)，近似呈線性；低頻時(shí)，呈非線性。定子電壓補(bǔ)償控制的電壓–頻率特性2023/12/27188轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律轉(zhuǎn)矩根本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變，且在不同的定子電流值時(shí)，按定子電壓補(bǔ)償控制的電壓–頻率特性關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。2023/12/271895.6.2轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能分析轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖2023/12/27190系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩個(gè)轉(zhuǎn)速反響:轉(zhuǎn)速外環(huán)為負(fù)反響，ASR為轉(zhuǎn)