第十讲 转速开环的Uf控制变频调速系统

null第二章 电力电子变频器及 PWM控制原理第二章 电力电子变频器及 PWM控制原理山东大学2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统直流电机的主磁通和电枢电流分布的空间位置是确定的，而且可以独立进行控制。 交流异步电机的磁通则由定子与转子电流合成产生，它的空间位置相对于定子和转子都是运动的，除此以外，在笼型转子异步电机中，转子电流还是不可测和不可控的。 因此，异步电机的动态数学模型要比直流电机模型复杂得多。null 好在不少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很高的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行，因此可以只用电机的稳态模型来 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 其控制系统。 为了实现电压-频率协调控制，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，这就是常用的通用变频器控制系统。2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统 2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统 概述 现代通用变频器大都是采用二极管整流和由快速全控开关器件 IGBT 或功率模块IPM 组成的PWM逆变器，构成交-直-交电压源型变压变频器，已经占领了全世界0.5~600kW 中、小容量变频调速装置的绝大部分市场。null所谓“通用”，包含着两方面的含义： （1）可以和通用的笼型异步电机配套使用； （2）具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。 系统介绍 下图绘出了一种典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图。1. 系统组成1. 系统组成null限流电阻 为了避免大电容C在通电瞬间产生过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻（或电抗），通上电源时，先限制充电电流，再延时用开关K将其短路，以免长期接入时影响变频器的正常工作，并产生附加损耗。主电路——由二极管整流器UR、PWM逆变器UI和中间直流电路三部分组成，一般都是电压源型的，采用大电容C滤波，同时兼有无功功率交换的作用。null泵升限制电路——由于二极管整流器不能为异步电机的再生制动提供反向电流的通路，所以除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸收制动能量。减速制动时，异步电机进入发电状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容C充电，当中间直流回路的电压（通称泵升电压）升高到一定的限制值时，通过泵升限制电路使开关器件导通，将电机释放的动能消耗在制动电阻上。null进线电抗器 二极管整流器虽然是全波整流装置，但由于其输出端有滤波电容存在，因此输入电流呈脉冲波形。null 这样的电流波形具有较大的谐波分量，使电源受到污染。 为了抑制谐波电流，对于容量较大的PWM变频器，都应在输入端设有进线电抗器，有时也可以在整流器和电容器之间串接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不平衡对变频器的影响。控制电路控制电路PWM信号产生——现代PWM变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字电路产生，其功能主要是接受各种设定信息和指令，再根据它们的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 形成驱动逆变器工作的PWM信号。微机芯片主要采用8位或16位的单片机，或用32位的DSP；也可采用专用的PWM生成电路芯片。 检测与保护电路——各种故障的保护由电压、电流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压、光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入A/D转换器，输入给CPU作为控制算法的依据，或者作为开关电平产生保护信号和显示信号。控制电路（续）控制电路（续）信号设定——需要设定的控制信息主要有：U/f 特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用变频器-异步电动机系统是转速或频率开环、恒压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小不同时，都得靠改变 U/f 函数发生器的特性来补偿，使系统达到恒定，甚至恒定的功能，在通用产品中称作“电压补偿”或“转矩补偿”。补偿 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 补偿方法 实现补偿的方法有两种： 一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的U / f 函数，由用户根据需要选择最佳特性； 另一种办法是采用霍耳电流传感器检测定子电流或直流回路电流，按电流大小自动补偿定子电压。但无论如何都存在过补偿或欠补偿的可能，这是开环控制系统的不足之处。null给定积分——由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，因此，频定设定信号必须通过给定积分算法产生平缓升速或降速信号，升速和降速的积分时间可以根据负载需要由操作人员分别选择。 综上所述，PWM变压变频器的基本控制作用如图所示。近年来，许多企业不断推出具有更多自动控制功能的变频器，使产品性能更加完善，质量不断提高。2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统工作频 率设定升降速 时间设定电压补偿设定PWM产生nullnull2个二极管：过载保护作用； RC滤波器可以对尖峰类噪声进行有效的抑制。在模拟输入端加上阻容电路， （1）低通滤波的作用 （2）在过电压的条件下，串联电阻可以起到限流作用； （3）模拟信号源内阻过大会降低A/D转换的精度，而并联的电容则起到误差补偿的作用2.7 转速开环的U/f控制变频调速系统2.7 转速开环的U/f控制变频调速系统开环U/f控制变频器发展的特点是通用化、系列化和规模化生产。新一代的U/f控制变频器已经实现了转矩控制功能，具有无跳闸能力。由这种变频器驱动的通用异步电动机已经具备了挖土机特性，像直流电动机一样，可以人为地设定其极限输出转矩。 近年来，许多企业不断推出具有更多自动控制功能的变频器，使产品性能更加完善，质量不断提高。2.8 转速闭环转差频率控制的变频调速系统2.8 转速闭环转差频率控制的变频调速系统0. 问题的提出 前节所述的转速开环变频调速系统可以满足平滑调速的要求，但静、动态性能都有限，要提高静、动态性能，首先要用转速反馈闭环控制。转速闭环系统的静特性比开环系统强，这是很明显的，但是，是否能够提高系统的动态性能呢？还得进一步探讨一下。 电力传动的基本控制规律 电力传动的基本控制规律 任何电力拖动自动控制系统都服从于基本运动方程式 提高调速系统动态性能主要依靠控制转速的变化率 d / dt ，根据基本运动方程式，控制电磁转矩就能控制 d / dt ，因此，归根结底，调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。1. 转差频率控制的基本概念1. 转差频率控制的基本概念 直流电机的转矩与电枢电流成正比，控制电流就能控制转矩，因此，直流双闭环调速系统转速调节器的输出信号当作电流给定信号，也就是转矩给定信号。 在交流异步电机中，影响转矩的因素较多，控制异步电机转矩的问题也比较复杂。1. 转差频率控制的基本概念1. 转差频率控制的基本概念 1.3中介绍的恒 Es /1 控制（即恒 m 控制）时的电磁转矩公式为将 代入上式，得 ，是电机的结构常数。null 当电机稳态运行时，s 值很小，因而s也很小，有1的百分之几，可以认为 s Llr' << Rr' ，则转矩可近似表示为令 s = s1 ，并定义为转差角频率。则 （2-41） null（2-42） 式（2-42）表明，在s 值很小的稳态运行范围内，如果能够保持气隙磁通m不变，异步电机的转矩就近似与转差角频率s 成正比。这就是说，在异步电机中控制s ，就和直流电机中控制电流一样，能够达到间接控制转矩的目的。null控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。null可以看出： 在s 较小的稳态运行段上，转矩 Te基本上与s 成正比； 当Te 达到其最大值Temax 时，s 达到smax值。图2-54按恒Φm值控制的 Te=f (s ) 特性 当s 较大时，就得采用式（2-41）的精确转矩公式，把这个转矩特性（即机械特性） 画在下图。null对于式（2-41），取 dTe / ds = 0 可得（2-44） （2-43） 在转差频率控制系统中，只要给s 限幅，使其限幅值为 就可以基本保持 Te与s 的正比关系，也就可以用转差频率控制来代表转矩控制。这是转差频率控制的基本规律之一。 null 上述规律是在保持m恒定的前提下才成立的，于是问题又转化为，如何能保持m 恒定？我们知道，按恒 Es/1 控制时可保持m恒定。在上图的等效电路中可得： （6-65） 由此可见，要实现恒 Es/1控制，须在Us/1 = 恒值的基础上再提高电压 Us 以补偿定子电流压降。null 如果忽略电流相量相位变化的影响，不同定子电流时恒 Es/1 控制所需的电压-频率特性 Us = f (1, Is) 如下图所示。null 总结起来，转差频率控制的规律是： （1）在 s ≤ sm 的范围内，转矩 Te 基本上与 s 成正比， 条件是气隙磁通不变。 （2）在不同的定子电流值时，按上图的函数关系 Us = f (1 , Is) 控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通m恒定。 上述关系表明，只要 Us 和1及 Is 的关系符合上图所示特性，就能保持 Eg/1 恒定，也就是保持 m 恒定。这是转差频率控制的基本规律之二。 系统组成系统组成转差频率控制的转速闭环变频调速系统结构原理图3. 转差频率控制的变频调速系统 控 制 原 理 控 制 原 理 实现上述转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图如图所示。 频率控制——转速调节器ASR的输出信号是转差频率给定 s* ，与实测转速信号 相加，即得定子频率给定信号 1* ，即 （2-45） 电压控制——由 1和定子电流反馈信号 Is 从微机存储的 Us = f (1 , Is) 函数中查得定子电压给定信号 Us* ，用 Us* 和 1* 控制PWM电压型逆变器，即得异步电机调速所需的变压变频电源。 性能评价 性能评价 同时，由于在动态过程中转速调节器ASR饱和，系统能用对应于 sm 的限幅转矩Tem 进行控制，保证了在允许条件下的快速性。具有较好的静、动态性能，是一个比较优越的控制策略，结构也不算复杂。 转差角频率 s*与实测转速信号 相加后得到定子频率输入信号 1* 这一关系是转差频率控制系统突出的特点或优点。它表明，在调速过程中，实际频率1随着实际转速  同步地上升或下降，有如水涨而船高，因此加、减速平滑而且稳定。性能评价（续）性能评价（续） 然而，它的静、动态性能还不能完全达到直流双闭环系统的水平，存在差距的原因有以下3个方面： （1）在 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 转差频率控制规律时，是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发的，所谓的“保持磁通 m恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。在动态中 m如何变化还没有深入研究，但肯定不会恒定，这不得不影响系统的实际动态性能。性能评价（续）性能评价（续）（3）在频率控制环节中，取 1 = s +  ，使频率得以与转速同步升降，这本是转差频率控制的优点。然而，如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。（2）Us = f (1 , Is) 函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相位，而在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。