电力拖动第6章

1、第六章,VVVF,调速系统,（变压变频调速系统）,主,要,内,容,?,VVVF,控制,?,?,?,电压模式,机械特性,基本结构,概念,控制规律,基本结构,第六章,调速系统,CSSSE,?,转矩提升补偿,?,转差频率控制,?,?,?,重点内容,2020/3/26,2,一、控制,控制的电压模式,&,=,-E,&,-,E,&,+,I,&,R,异步电动机定子侧电压平衡方程式,U,1,1,1,?,0,1,CSSSE,定子侧感应电动势,E,1,?,4.44,fN,1,K,N,1,?,m,U,1,?,E,1,?,f,?,?,?,m,?,?,T,e,max,?,?,?,m,?,?,?,I,m,?,?,若,U,

2、1,?,E,1,?,恒定，则,?,?,?,f,?,?,?,m,?,?,?,P,Fe,?,?,?,cos,?,?,1,?,?,2020/3/26,结论：变频同时必须变压,第六章,调速系统,3,一、控制,控制的电压模式,为保持主磁通不变，必须在变频时同时变压，,使得压频比为一常数,这也是,VVVF,控制又被称为恒压频比控制的原因,一般频率是从额定频率向下调，所以需要,同时降低电源电压,CSSSE,2020/3/26,第六章,调速系统,4,一、控制,2.,异步电动机变频调速时的机械特性,(1),U,1,/,?,1,为恒值的机械特性,(2),E,1,/,?,1,为恒值的机械特性,CSSSE,s,n,0

3、,n,0,s,m,(3),E,r,/,?,1,为恒值的机械特性,我是机械特性曲线，,还记得我吗？,1,0,2020/3/26,T,st,T,e,max,第六章,T,e,5,调速系统,异步电动机等效电路,R,1,CSSSE,2,1,2,?,?,?,&,I,1,X,1,?,?,?,1,L,1,&,I,m,?,?,?,?,&,I,2,X,?,?,L,&,U,1,f,?,1,?,?,X,?,&,?,E,1,m,m,?,?,1,M,1,R,2,s,&,E,r,f,：电源频率；,?,1,：电源角频率；,s,：转差率；,R,1,、,R,：定、转子相电阻；,X,1,?,、,X,2,：定、转子漏电抗；,L,1,

4、、,L,2,：定、转子漏电感；,X,m,：励磁电抗；,M,：励磁电抗；,&,&,&,&,：励磁电流；,U,：定子相电压；,I,、,I,：定、转子相电流；,I,1,1,2,2,&,&,E,1,：气隙磁通对应的感应电动势；,E,r,：转子磁通对应的感应电动势,2020/3/26,转矩提升补偿,转差频率控制,第六章,调速系统,6,一、控制,2.,异步电动机变频调速时的机械特性,模 式,U,1,转子侧电流,I,2,CSSSE,m,1,p,2,R,2,转矩,T,e,?,I,2,2,?,f,s,I,?,为恒值,2,2,U,1,?,R,?,2,?,R,1,?,?,?,?,X,1,?,?,X,2,?,s,?,

5、?,I,?,2,2,2,?,1,E,1,?,U,1,?,s,?,1,T,e,?,m,1,p,?,?,?,?,1,?,R,2,2,2,E,1,?,R,?,2,?,?,?,?,?,1,L,2,?,?,s,?,2,?,1,E,r,为恒值,?,E,1,?,s,?,1,T,e,?,m,1,p,?,?,?,?,1,?,R,2,?,E,?,s,?,1,T,e,?,m,1,p,?,?,?,?,1,?,R,2,r,2,?,1,为恒值,E,I,2,?,R,2,第六章,r,2020/3/26,s,调速系统,7,控制异步电动机变频调速时的机械特性,?,1,?,U,1,/,?,1,为恒值的机械特性,?,U,1,?,s,

6、?,1,电磁转矩,T,e,?,m,1,p,?,?,?,?,1,?,R,2,60,f,60,转速降,?,n,?,sn,0,?,s,?,s,?,1,p,2,?,p,2,CSSSE,对于恒转矩负载，当,U,1,?,1,为恒值时，若电磁转矩,T,e,不变，,s,?,1,为常数，,?,n,也不变，若进行变频调速，机械特性是平移的,2020/3/26,第六章,调速系统,8,控制异步电动机变频调速时的机械特性,?,1,?,U,1,/,?,1,为恒值的机械特性,临界转差率,s,m,?,R,2,1,2,2,2,CSSSE,R,?,?,X,1,?,?,X,?,最大电磁转矩,T,e,max,?,频率很低时,T,e,

7、max,会,很小，将限制调速,系统的带载能力，,需要采用定子电压,降补偿。,2020/3/26,m,1,pU,2,1,?,2,2,?,4,?,f,?,R,1,?,R,1,?,?,X,1,?,?,X,2,?,?,?,?,2,m,1,p,?,U,1,?,1,?,?,?,2,2,?,?,1,?,?,?,2,?,?,R,R,?,1,?,?,1,?,?,?,L,1,?,L,2,?,?,?,?,1,?,?,1,?,?,?,?,第六章,调速系统,9,控制异步电动机变频调速时的机械特性,?,1,?,U,1,/,?,1,为恒值的机械特性,CSSSE,在,U,1,/,?,1,为恒值控制时，,T,e,与,T,e,m

8、ax,均和,?,1,的取值,有关，频率降低时两者均会减小；,低频时需要进行定子电压补偿。,2020/3/26,第六章,调速系统,10,控制异步电动机变频调速时的机械特性,?,1,?,U,1,/,?,1,为恒值的机械特性,CSSSE,补偿定子电压降后的特性,电磁转矩、最大电磁转矩、启动转矩表达式,第六章,调速系统,2020/3/26,11,控制异步电动机变频调速时的机械特性,?,2,?,E,1,/,?,1,为恒值的机械特性,电磁转矩,?,E,1,?,s,?,1,T,e,?,m,1,p,?,?,?,?,1,?,R,2,2,CSSSE,R,临界转差率,s,m,?,?,1,L,2,最大电磁转矩,T,e

9、,max,m,1,p,?,E,1,?,1,?,?,?,2,?,?,1,?,L,2,2,2,*,机械特性线性段范围要比,U,1,/,?,1,为恒值控制时宽；,*,T,e,max,与,?,1,的取值无关，低频时不会变小；,*,通过低频时定子电压补偿，可实现,E,1,/,?,1,控制。,2020/3/26,第六章,调速系统,12,控制异步电动机变频调速时的机械特性,?,2,?,E,1,/,?,1,为恒值的机械特性,CSSSE,2020/3/26,第六章,动画演示,调速系统,13,控制异步电动机变频调速时的机械特性,?,3,?,E,/,?,1,为恒值的机械特性,r,CSSSE,?,E,?,s,?,1,

10、电磁转矩,T,e,?,m,1,p,?,?,?,?,1,?,R,2,E,?,1,为恒值时，在任何频率段，机械,特性,T,e,?,f,?,s,?,为一条直线,r,r,2,2020/3/26,第六章,调速系统,14,一、控制,2.,异步电动机变频调速时的机械特性,E,r,CSSSE,?,1,?,恒值控制,U,1,?,1,?,恒值控制,E,1,?,1,?,恒值控制,2020/3/26,第六章,调速系统,15,一、控制,2.,异步电动机变频调速时的机械特性,E,?,1,为恒值时，转矩恒值,这是一种高性能的交流变频调速，用,矢量控制,方案可以实现,E,1,?,1,为恒值时，最大转矩恒值,U,1,?,1,为

11、恒值时，转矩和最大转矩都与,s,成正比,r,CSSSE,2020/3/26,第六章,调速系统,16,一、控制,3.,转矩提升的,U,1,/,?,1,控制,通常可以使用,U,1,?,1,恒值控制代替,E,1,?,1,恒值控制，但是,在,E,1,?,1,?,恒值控制时，电动机最大转矩,T,e,max,不变，,而在,U,1,?,1,?,恒值控制时，电动机在低频时,T,e,max,将减小，,因此，在低频时必须对电压,U,1,进行补偿，称,转矩提升补偿,转矩提升的补偿是根据电动机负荷的大小自动调节,对恒转矩负载和通风机型负载要使用不同形式,的电压模式,CSSSE,2020/3/26,第六章,调速系统,等

12、效电路,17,一、控制,3.,转矩提升的,U,1,/,?,1,控制,偏置线性特性,U,1,?,U,0,?,K,?,1,CSSSE,转矩提升的控制电压模式,2020/3/26,第六章,调速系统,18,一、控制,3.,转矩提升的,U,1,/,?,1,控制,电源电压给定,频率给定,CSSSE,偏置给定,转矩提升自动补偿原理图,2020/3/26,第六章,调速系统,19,一、控制,4.,控制的基本结构,CSSSE,恒压频比,开环控制,的,基本结构,压控振荡器,2020/3/26,第六章,调速系统,20,一、控制,4.,控制的基本结构,恒压,频比,闭环,CSSSE,控制,的,基本,结构,2020/3/2

13、6,第六章,调速系统,21,二、转差频率控制,1.,转差频率控制,?,E,1,?,s,?,1,R,2,1,T,e,?,m,1,p,?,?,?,E,1,?,?,1,N,1,K,N,1,?,m,2,2,?,2,?,1,?,R,2,?,?,s,?,1,L,2,?,2,CSSSE,s,?,1,R,1,2,2,T,e,?,m,1,p,?,N,1,K,N,1,?,?,m,2,2,2,R,2,?,?,s,?,1,L,2,?,2,?,s,R,1,2,2,令,K,m,?,m,1,p,?,N,1,K,N,1,?,s,?,1,?,?,s,，则有,T,e,?,K,m,?,m,2,2,2,R,2,?,?,?,s,L,2

14、,?,转差频率,2,?,K,m,?,2,m,?,s,R,2,2020/3/26,T,e,第六章,?,调速系统,s,，控制转差频率即可控制电磁转矩,22,二、转差频率控制,1.,转差频率控制,T,e,?,K,m,?,T,e,max,2,m,CSSSE,?,s,?,?,sm,时，,T,e,与,?,s,成直线关系,?,s,R,2,2,m,K,m,?,?,2,L,2,R,?,L,2,2,?,s,max,?,sm,：限幅转差频率,转差频率与电磁转矩关系曲线,2020/3/26,第六章,调速系统,23,二、转差频率控制,2.,转差频率控制规律,原则：保持,?,m,不变,可得,I,?,I,1,m,?,m,?

15、,I,m,&,?,?,I,&,?,I,&,I,1,2,m,&,E,1,&,?,?,I,2,R,2,?,j,?,1,L,2,s,&,E,1,&,?,I,m,j,?,1,M,等效电路,CSSSE,R,?,?,2,2,2,2,2,s,?,M,?,L,?,2,2,s,2,2,2,R,?,?,L,I,1,?,f,?,?,s,?,转差频率与定子电流关系曲线,第六章,调速系统,24,2020/3/26,二、转差频率控制,转差频率控制规律：,*,在,?,s,?,?,sm,范围内，保持,?,m,为常数，则,转矩,T,e,与,?,s,成正比；,*,按照,I,1,?,f,?,?,s,?,曲线控制,I,1,，能够保持

16、,主磁通,?,m,不变。,CSSSE,2020/3/26,第六章,调速系统,25,二、转差频率控制,3.,转差频率控制的基本结构,速度,调节器,P I,CSSSE,?,*,r,转差频率,限幅器,*,s,?,?,*,s,电压模式,?,*,1,?,r,?,r,PWM,U,偏置给定,*,1,逆,变,器,PG,2020/3/26,第六章,调速系统,IM,26,二、转差频率控制,3.,转差频率控制的基本结构,速度指令值：,?,*,r,CSSSE,速度反馈值：,?,r,两者之差通过,PI,调节器产生转差频率指令值,?,逆变器输出频率由,?,r,?,?,?,?,控制,注意：实现转差频率控制需要检测电动机的速

17、度,*,s,*,1,*,s,2020/3/26,第六章,调速系统,27,二、转差频率控制,转差频率控制的概念,：,转差频率控制是检测电动机转速，然后把电,CSSSE,动机速度与转差频率的和作为给定逆变器的输出。,由于能够任意控制与转矩有直接关系的转差,频率,?,s,，与,U,1,?,1,恒值控制相比较，其加减速特性,和限制过流的能力,得到了提高。,2020/3/26,第六章,调速系统,28,本章小结,在变频调速中有,U,1,?,1,、,E,1,?,1,、,E,?,1,三种恒值控制。,E,1,?,1,恒值控制的机械特性线性段范围要比,U,1,?,1,恒值控,制的宽。通过低频定子电压补偿可以提高转

18、矩输出特性，,实现,E,1,?,1,控制方法。,E,?,1,恒值控制的机械特性为一条,直线，与直流电动机机械特性完全一样，采用异步电动,机矢量控制可以实现,E,?,1,控制,转差频率控制是一种速度反馈的闭环控制。在电动机,正常运行范围内，能满足转差频率控制规律，即电磁转矩,T,e,与转差频率,?,s,成正比，定子电流,I,1,随,?,s,增加而单调增加,2020/3/26,第六章,调速系统,CSSSE,r,r,r,29,本章重点内容,CSSSE,变频调速时必须变压的原因,不同压频比控制时的机械特性曲线形式、,特点、相互差别,转差频率控制的概念、控制规律,2020/3/26,第六章,调速系统,3

19、0,本章作业,CSSSE,1.,为什么在变频调速时，必须要进行电压、频率,的协调控制？,2.,什么叫做转差频率控制？转差频率控制的规律,是什么？,2020/3/26,第六章,调速系统,END,31,?,1,?,U,1,/,?,1,为恒值的电磁转矩表达式,m,1,p,2,R,m,1,p,U,T,e,?,I,2,?,?,2,2,?,f,s,2,?,f,?,?,R,2,?,?,?,R,1,?,?,?,X,1,?,?,X,2,s,?,?,?,?,2,CSSSE,2,1,?,R,?,s,2,?,?,?,?,?,2,?,m,1,p,?,U,2,1,?,1,?,R,2,2,2,?,?,R,?,s,?,?,?

20、,R,1,?,?,?,?,X,1,?,s,?,?,?,?,s,?,1,?,?,s,?,2,1,?,X,2,?,?,?,?,?,U,1,?,?,m,1,p,?,?,?,?,1,?,2020/3/26,2,2,2,s,?,1,R,1,2,2,1,2,2,?,sR,?,R,?,?,?,s,?,?,?,L,?,L,?,1,第六章,调速系统,?,U,1,?,s,?,1,?,m,1,p,?,?,?,?,1,?,R,2,32,2,?,2,?,E,1,/,?,1,为恒值的电磁转矩表达式,m,1,p,2,R,E,R,s,?,1,?,T,e,?,I,2,?,m,1,p,2,?,f,s,s,?,1,s,?,1,?,?,R,?