2-6異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng).ppt

1、28 異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng),1、異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以分為頻率開環(huán)和頻率閉環(huán) 兩種結(jié)構(gòu) 2、頻率開環(huán)系統(tǒng)一旦速度給定后，電機(jī)供電頻率不再調(diào)節(jié)，電機(jī)轉(zhuǎn)速將在滑差范圍內(nèi)，隨負(fù)載大小變化 3、頻率閉環(huán)系統(tǒng)則在速度給定后，由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)供電頻率和同步速自動(dòng)調(diào)節(jié)，確定負(fù)載變化時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定不變 4、前者適用用于靜態(tài)調(diào)速精度要求不高的場(chǎng)合，后者適用于靜態(tài)調(diào)速精度高、動(dòng)態(tài)調(diào)速性能有要求的場(chǎng)合,一、頻率開環(huán)、電壓源逆變器異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng),主電路： 該調(diào)速系統(tǒng)是頻率開環(huán)，電壓閉環(huán)的PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)。在整流部分采用了不可控整流電路，其輸出經(jīng)大電容濾波后，形成低阻抗性質(zhì)的電壓源對(duì)逆變器激勵(lì)。 IGBT功率

2、器件，180度導(dǎo)通型，在同相的上下橋臂間進(jìn)行換流 二極管提供感性無功電流通路 控制電路： 逆變部分是該系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，在PWM信號(hào)的控制下，根據(jù)給定速度信號(hào)，按函數(shù)發(fā)生器的特性要求輸出變頻交流電壓控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。,控制過程： 控制信號(hào)速度的給定值 給定積分器將時(shí)間階躍的輸入轉(zhuǎn)換成斜坡函數(shù)輸出，由于輸入階躍變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的沖擊 絕對(duì)值電路輸出的電壓信號(hào)進(jìn)入頻率和電壓控制通道；進(jìn)入頻率通道的電壓信號(hào)經(jīng)V/f變換產(chǎn)生決定調(diào)制波頻率的脈沖；進(jìn)入電壓通道的電壓信號(hào)經(jīng)過函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生基波電壓的幅值。 電壓檢測(cè)逆變器的輸出，與函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的給定值比較經(jīng)PI，從而產(chǎn)生電壓控制信號(hào)，對(duì)調(diào)制波幅值控

3、制 正弦波發(fā)生器產(chǎn)生頻率和幅值與速度信號(hào)相應(yīng)的正弦調(diào)制波 PWM調(diào)制正弦調(diào)制波決定三角角載波頻率，另外和三角載波在PWM調(diào)制環(huán)節(jié)合成產(chǎn)生PWM調(diào)制信號(hào) 脈沖分配器控制電機(jī)轉(zhuǎn)向,函數(shù)發(fā)生器功能,1、函數(shù)發(fā)生器的功能是根據(jù)輸入的速度信號(hào)決定相應(yīng)的輸出電壓信號(hào)的幅值。 2、在額定頻率以下運(yùn)行時(shí)，函數(shù)發(fā)生器的輸出應(yīng)與頻率成正比，低頻時(shí)還應(yīng)加上一定程度的電壓補(bǔ)償以保證電機(jī)氣隙磁通的恒定，實(shí)現(xiàn)恒最大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。 3、當(dāng)運(yùn)行頻率超過額定頻率后，函數(shù)發(fā)生器應(yīng)作輸出限幅，使電機(jī)運(yùn)行于恒功率狀態(tài)。 4、為了使逆變器的輸出基波電壓嚴(yán)格按照函數(shù)發(fā)生器的輸出特性，電壓通道采用閉環(huán)控制,二、頻率開環(huán)電流源逆變器異步電機(jī)變頻

4、調(diào)速系統(tǒng),主電路： 典型的交-直-交電流源型變頻調(diào)速系統(tǒng)；電壓反饋為外環(huán)，電流反饋為內(nèi)環(huán)的PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)。整流輸出經(jīng)大電感濾波后，形成高內(nèi)阻性質(zhì)的電流源對(duì)逆變器激勵(lì)。 IGBT功率器件，120度導(dǎo)通型，在共陰和共陽組內(nèi)部三相元件間換流 二極管提供電容換流通路 控制電路： 控制信號(hào)來源于速度給定，給定積分環(huán)節(jié)使時(shí)間的階躍函數(shù)變?yōu)樾逼潞瘮?shù)，代表速度大小的給定信號(hào)分成兩路：控制整流器輸出電壓和逆變器的輸出頻率,工作原理： 給定信號(hào)經(jīng)絕對(duì)值電路后形成代表速度大小的電壓信號(hào)，然后分兩路，其一經(jīng)V/f變?yōu)轭l率信號(hào)產(chǎn)生出發(fā)脈沖控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向；其二經(jīng)函數(shù)發(fā)生器電壓調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)器出發(fā)脈沖控制直流電壓的

5、輸出。 系統(tǒng)不穩(wěn)定運(yùn)行的原因： 采用電壓反饋后容易引起系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定為解決此問題增加了瞬態(tài)較正環(huán)節(jié),當(dāng)電機(jī)端電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí),相應(yīng)地改變逆變器的工作頻率,保證過渡過程能動(dòng)態(tài)地保持恒電壓頻率比運(yùn)行,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性.電流源逆變器調(diào)速系統(tǒng)框圖中的其它部分與電壓源逆變器相似。,以上討論的電壓源和電流源調(diào)速系統(tǒng)都是頻率開環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)要求不太高時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和同步轉(zhuǎn)速相差不多，頻率開環(huán)能滿足一定的要求；但當(dāng)要求快速的啟動(dòng)、制動(dòng)、加速、減速時(shí)，就不能滿足動(dòng)態(tài)性能要求，就會(huì)在大轉(zhuǎn)差下運(yùn)行，轉(zhuǎn)子的電流損耗增加，功率因數(shù)低、轉(zhuǎn)矩小、運(yùn)行不穩(wěn)定。 基本思想：采用頻率反饋控制，控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差頻率使之總運(yùn)行在小轉(zhuǎn)差率下，

6、這樣，調(diào)速系統(tǒng)就可在高功率因數(shù)，小轉(zhuǎn)子電流，低轉(zhuǎn)子損耗下獲得最大的電磁轉(zhuǎn)矩。,三、轉(zhuǎn)差頻率控制異步電機(jī)變頻調(diào)系統(tǒng),在采用頻率閉環(huán)的控制系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)差頻率總被限制在臨界轉(zhuǎn)差頻率Smax 所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差頻率max 之下，其 運(yùn)行區(qū)被限制在轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性曲線的 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)內(nèi)，如圖陰影區(qū)域。,異步電動(dòng)機(jī)T-s 曲線,1、控制方法（原理）,根據(jù)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式： 在小轉(zhuǎn)差運(yùn)行區(qū)內(nèi), 轉(zhuǎn)差頻率很低,轉(zhuǎn)子呈電阻性質(zhì),功 率因數(shù)高cos21。轉(zhuǎn)矩為：T CtI2 從等值電路可以求出 I2為: 由于轉(zhuǎn)子電流與氣隙磁通和絕對(duì)轉(zhuǎn)差 之積成正比。 則 只要控制絕對(duì)轉(zhuǎn)差,就能控制轉(zhuǎn)矩。,為了維持磁通不變，就

7、必須控制激磁電流 不變，即： 但 不可測(cè)量只能控制，必須找出勵(lì)磁電流和定子電流之間的關(guān)系，通過控制定子電流間接的控制勵(lì)磁電流，從而維持氣隙磁通不變。根據(jù)異步電機(jī)的等效電路得知： 由此可得（標(biāo)量形式）： 當(dāng)維持激磁不變達(dá)到維持氣隙磁通不變時(shí)，定子電流隨絕對(duì)轉(zhuǎn)差率的變化規(guī)律如右圖所示,2、轉(zhuǎn)差頻率控制異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng),工作原理： 從控制框圖可以看出該系統(tǒng)是一具有電流內(nèi)環(huán)和頻率外環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)；控制信號(hào)來自于速度給定值，與實(shí)際轉(zhuǎn)速相比較的差值信號(hào)，經(jīng)過調(diào)節(jié)器后得到絕對(duì)轉(zhuǎn)差信號(hào)。 輸出的轉(zhuǎn)差信號(hào)分成兩路：一路經(jīng)函數(shù)發(fā)生器進(jìn)入整流回路，采用電流閉環(huán)，能夠維持氣隙磁通不變，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差頻率控制創(chuàng)造條件；另

8、一路與實(shí)際轉(zhuǎn)速相加后，通過脈沖分配器、脈沖放大器形成逆變器的出發(fā)信號(hào)，控制逆變器的導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)速度的控制。,在維持磁通恒定的條件下，轉(zhuǎn)差頻率控制的調(diào)速過程分為以下幾個(gè)過程： 啟動(dòng)過程：由于在啟動(dòng)的瞬間，轉(zhuǎn)速為0，速度給定與轉(zhuǎn)速之差很大，轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器則飽和輸出，可以維持 不變，電機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩加速；當(dāng) 時(shí)，轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器退出飽和。啟動(dòng)過程是A-B 突加負(fù)載：轉(zhuǎn)速下降，調(diào)節(jié)器輸出一個(gè)正的絕對(duì)值轉(zhuǎn)差，定子頻率增加，促使轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)速最終與給定值相符。電機(jī)的運(yùn)行過程是：B-C-D 速度減?。哼@時(shí)將會(huì)出現(xiàn)再生制動(dòng)狀態(tài)；速度給定減小的瞬間，慣性限制了轉(zhuǎn)速不能突變，轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器飽和輸出，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)并以 進(jìn)行制動(dòng)，轉(zhuǎn)速繼續(xù)減小，逆變器頻率