交流调频调速

1、笼型异步电机变频调速笼型异步电机变频调速 （VVVF系统）系统）转差功率不变型调速系统转差功率不变型调速系统 第第 5.3 章章 异步机的定子变压变频调速异步机的定子变压变频调速, ,简称变频调速简称变频调速 VVVFVVVF 调速范围宽调速范围宽, , 转差功率小转差功率小, ,效率高效率高 能实现高动态性能能实现高动态性能-与直流调速比美与直流调速比美 现在应用面很广现在应用面很广 压频控制 E=4.44fE=4.44f1 1N N1 1Kw Kw m m 基频基频f fN N以下恒磁以下恒磁mm调压调压 UEf1UEf1 - -电势频率协调控制电势频率协调控制 Tem=CmTem=Cm

2、m mI I2 2coscos2 2-基本恒转矩特性基本恒转矩特性 基频以上恒压减磁基频以上恒压减磁 P P1 1=1.732U=1.732U1 1I I1 1coscos1 1-基本恒功率特性基本恒功率特性 -同直流机同直流机 ,/)4/3( )/55. 9(, )/55. 9(,/ / 2 / 2 44. 4 )/( )/( 3 )/(3 / 22 p11 p 111 2 2 1 2 2 1 p 2 1 p p1 rmspm s mmrrm mm m mm m em mw r r rr em em LNnT nnnn nnLR nnnn TT T kNfE sR LrsR En sRI n

3、 n P T 代入 恒气隙恒气隙m m机械特性机械特性 特点特点: :恒磁时恒磁时 nnnnm m 时时T Tem em正变于 正变于nn - -常用的转矩调节方式常用的转矩调节方式 定转子恒磁机械特性定转子恒磁机械特性 定子定子ss=Es/(4.44f=Es/(4.44f1 1N N1 1Kw)Kw)恒磁时恒磁时 代换代换LrLrLkLk=Lr+Ls=Lr+Ls 机械特性公式不变机械特性公式不变, ,但但nnm m与与TmTm 转子转子rr=Er/(4.44f=Er/(4.44f1 1N N1 1Kw)Kw)恒磁时恒磁时 代换代换LrLr0 0 Tem=C Tem=Crr2 2nn同直流机同

4、直流机 C=1.5nC=1.5np p2 2N N1 12 2/(9.55Rr)/(9.55Rr)电机常数电机常数 恒磁恒磁Tem只与只与(n)有关有关 调速过程调速过程 Ps=sPemPs=sPem=s(n=s(n1 1/9.55)Tem=Temn/9.55/9.55)Tem=Temn/9.55 即 即Tem不变不变则则转差功率转差功率Ps不变不变,与与n无关无关. -转差功率不变转差功率不变型调速型调速 变频器：交-直-交PWM 主电路结构简单主电路结构简单; ;开关频率高开关频率高, , 动态响应快动态响应快; ; 电机低频谐波小转矩脉动小电机低频谐波小转矩脉动小; ; 但大电压脉冲产生

5、绕组匝间电容漏电流损耗、噪声与但大电压脉冲产生绕组匝间电容漏电流损耗、噪声与 电磁干扰。电磁干扰。 广泛用于中小容量异步机调速广泛用于中小容量异步机调速 变频器- 交直交PWM 注：注： 1 1 交流侧电感滤波：交流侧电感滤波： 抑制电流尖脉冲谐波抑制电流尖脉冲谐波 2 2 电容初充电用电容初充电用RoRo作限流作限流 充电完成后充电完成后K K通。通。 3 3 电容电容C C电压泵升时用电压泵升时用RbRb( (装在机箱外装在机箱外) )放电放电 开环变频调速开环变频调速 动静性能要求不高的机械例如风机和水泵动静性能要求不高的机械例如风机和水泵 可开环变频调速可开环变频调速 静差率静差率5%

6、5% 一般用压频协调控制来恒磁一般用压频协调控制来恒磁 就是常用的通用变频器调速控制系统。就是常用的通用变频器调速控制系统。 通用变频器 主要用于开环调速主要用于开环调速, ,有的也配闭环接口有的也配闭环接口 “通用通用”含义：含义： （1 1）可配套通用的笼型异步电机；）可配套通用的笼型异步电机； （2 2）具有多种功能与参数选择）具有多种功能与参数选择 适用于各种不同性质的负载。适用于各种不同性质的负载。 用用IGBT IGBT 或功率模块或功率模块IPM ,IPM ,交交- -直直- -交交PWMPWM 已占全世界已占全世界0.50.5500kV500kVA A 中、小容量变频调速装置中

7、、小容量变频调速装置 的绝大部分市场。的绝大部分市场。 数字通用变频器系统结构数字通用变频器系统结构 电路分析（续） 控制电路控制电路 微处理器为核心微处理器为核心 的数字电路的数字电路 含含: : PWMPWM信号电路信号电路 检测与保护电路检测与保护电路 信号设定信号设定 给定积分给定积分 限制给定上升率限制给定上升率, ,间接限制起制动电流间接限制起制动电流 基本控制结构（续） tf f *u f u 斜坡函数U / f 曲线脉冲发生器 驱动 电路 工作频工作频 率给定率给定 给定积给定积 分设定分设定 压频协调控制压频协调控制 基频以下基频以下 加恒磁补偿加恒磁补偿 基频以上恒压基频以

8、上恒压 PWM产生 图5-40 PWM变压变频器的基本控制作用 通用变频器闭环调速 闭环的静态性能较好闭环的静态性能较好 注：通用变频器自动限制变频的速率，因此：注：通用变频器自动限制变频的速率，因此： （1 1）由于压频协调控制也限制了电压上升率，从而可限制电）由于压频协调控制也限制了电压上升率，从而可限制电 机电流。系统也只需单闭环。机电流。系统也只需单闭环。 （2 2）系统动态响应不快）系统动态响应不快 5.5.2 转差控制的闭环变频调速系统转差控制的闭环变频调速系统 转速闭环静特性较理想；为提高系统的动态性能转速闭环静特性较理想；为提高系统的动态性能 系统结构仿直流调速系统结构仿直流调

9、速 : : ASR ASR通过转矩控制来调速通过转矩控制来调速 1 1 转矩控制：由稳态机械特性：转矩控制：由稳态机械特性： 如果如果mm恒定恒定 且且 mm 则则 Tem“Tem“ - -通过转差通过转差( (频率频率) )来控制转矩来控制转矩 2 2 恒磁控制恒磁控制 m I0 ,恒流恒流I0 恒磁恒磁 s rr rrm s rrsrrm rrs m s f RL RLL II RLjsIRLLjsI sRLjII LjIE 1 2 2 2 2 2 22 0 1 10 10 10 )( )( )()( )/)( 即电流即电流频差协调控制也可恒磁频差协调控制也可恒磁 注注:恒磁则调频过程仍有

10、压频协调变化恒磁则调频过程仍有压频协调变化: UE=4.44f1N1Kw mf 1 3. 3. 转差控制的闭环调频调速系统结构转差控制的闭环调频调速系统结构(1)(1) 转差给定转差给定 -等效转矩给定等效转矩给定 电流电流- -转差协调控制转差协调控制 -实现恒磁实现恒磁 电流电流(幅值）幅值） 闭环闭环 系统结构类似直流系统结构类似直流N-IN-I双闭环双闭环 -控制了稳态转矩，动态性能提高。控制了稳态转矩，动态性能提高。 电流环不仅可恒磁，还可限流。电流环不仅可恒磁，还可限流。 -早期交流调速系统常用早期交流调速系统常用 转速环转速环 由压频由压频 给定产给定产 生电压生电压 PWMPW

11、M波波 转差控制的闭环调频调速系统结构（2） 由由I Is s*与与1 1*通过正弦波发生器产生三相电流给定通过正弦波发生器产生三相电流给定i iabc abc* * 由三个电流环直接由三个电流环直接PWMPWM控制控制i iabc abc同时控幅值与频率 同时控幅值与频率， 响应更快。响应更快。 电流幅相闭环电流幅相闭环 性能评价性能评价 转差控制的闭环调频调速系统转差控制的闭环调频调速系统 结构类似直流结构类似直流N-IN-I双闭环双闭环 控制策略与系统结构较简单控制策略与系统结构较简单 静态性能良好静态性能良好 动态性能较好动态性能较好-但低于直流双闭环系统但低于直流双闭环系统 性能评价（续）性能评价（续） 动态性能不佳动态性能不佳原因原因: : （1 1）控制依据是电机）控制依据是电机稳态稳态磁场与转矩磁场与转矩 而控制过程而控制过程I, I, 变化时存在过渡阶段变化时存在过渡阶段 期间实际期间实际m,Temm,Tem下降或波动下降或波动, ,使动态性能降低使动态性能降低. . (2) (2) 恒磁模型有实际参数偏差恒磁模型有实际参数偏差, ,影响