变频课件2(2)

1、2.2 转差频率控制变频调速系统转差频率控制变频调速系统 转速开环可以满足一般平滑调速的要求，但调速精度不够高，机械特性差，动态性能不够理想，升、减速不宜太快,故一般只适用于静、动态性能要求不高的场合，如风机水泵类生产机械。通过转速反馈可使静特性比开环时好得多，但动态性能如何还得进一步研究。通常调速系统都希望具有优良的动态响应特性。对于转速的阶跃给定n*, 实际转速n的跟踪响应要求具有快速性好，超调量小，波动次数少等指标。根据运动方程： ( )调速系统动态性能的好坏，归根结底是对转矩的控制能力dtdJTTLdtdn375GDTT2L强弱。对于恒转矩负载，在起动、制动、调速过程中，若能控制T恒定

2、，则可获得恒加、减速运动。对于突加负载扰动，只有迅速控制T，方可达到优良的动态跟踪响应指标。控制T即控制了dn/dt。 所谓动态性能主要是指对转速变化率 的控制能力，而在动态过程中，控制转矩T即可控制 。汽车“提速快”实际上指机械自控系统性能好，控制转矩的能力强。)dtd(dtdn即dtdn*nn*-nASRACRI*aIaTGMIf(T*)+直流双闭环调速系统直流双闭环调速系统易于获得优良的静、动态性能，正是因为直流电动机转矩容易控制，只要在调速过程中调节电枢电流，就可以控制电动机的转矩，励磁可以独立控制。而异步电动机的 ，两分量难以独立控制，紧耦合。动态性能指标动态性能指标: 跟随性能最大

3、超调量,快速性(调整时间)，振荡次数，上升时间。抗扰动性能指标抗扰动性能指标:最大转速降，恢复时间。201III一、转差频率控制的基本原理转差频率控制的基本思想 作为对照看DC机。 ，与 成比例，易独立控制，也容易检测与控制。但在异步机中， ( )，三个量都对T有影响，且都不容易检测与控制，都与n有关，这就是其转矩难于控制的原因。如果不解决异步机转矩控制的问题，即使采用转速闭环也改善不了动态特性。转差频率控制就是为解决转矩的直接可控问题而提出来的一种方法。 aTIKTaI22mTcosIKT2121N2N2IWWKKI)EE()Ls (rsE)L() s /r (EI2122121221221

4、222122222122222)Ls ()r (r)L() s /r (s /rcoscos2212221mm)Ls ()r (rsECT1m1N11m1N11kN212/kN44. 4E 以下分析与T有关的 、cos2分别与转差频率的关系，进而看T与转差频率的关系。由异步机稳态等值电路可知：I2代入上式：22122212mm1N1)Ls ()r (rsCkN21T22s222s2mm22122212mm)L()r (rK)Ls ()r (rsK在正常运行范围内，通常s很小，rsKT212mm1cos,rsEI2212+-U1r1L1I1I0+-E1L2I2Lm转差频率：s211s21100s

5、ffsffffsnnnns2m10T, p/f60n得由在磁通m保持恒定的条件下，控制转差频率s ,也就控制了转矩，这就是转差频率控制的基本思想。转差频率控制的基本规转差频率控制的基本规律律 上述近似比例关系Ts，即Tn,实际上这一概念从机械特性上也可以看到。但此近似比例关系成立的条件是在s很小的范围内， 即 nnmax,s时T反而下降。上述T=f(s)曲线也可由上述T的表达式绘出，其极值点可通过0ddTs求得：L2KT22mmmLr22maxs可见Tm由m决定，smax与m无关。电机参数不变时，调速中smax一定，不会随之改变。在转差频率控制系统中，只要给s限幅在最大值以内，就可以基本保持T

6、与s的正比关系，也就可以用控制s来代表转矩控制，这是转差频率控制的基本规律之一（前提是m恒定）。 如何保证m恒定？U1/f1协调控制可以实现m恒定，据此设计的转差频率控制的变频调速系统可用于VSI，也可用于CSI，但要增加一个电流调节内环。 一种适用于CSI的方法： 利用constIsfI0)(1201III通过控制 适当，使 恒定，而负载分量 同时满足负载要求。 和 不易测控，但 易测控。以下确定 的控制规律，即 与s的关系（在 恒定即m恒定的前提下）。 由异步机等效电路得:1I1I1I1I0I2I2I0I0I)LL( sjrsLjrILjLjs /rLjs /rIIm2122121m121

7、221210+-U1r1L1I1I0Lm+-E1L2I222s222m22s22012s2m2s201)L(r)LL(rIILjr)LL(jrII 其中 ，令上式I0=常值， 在I0一定的条件下，I1与s有一一对应关系，换句话说，对应于每一个s ,只要按 函数关系控制I1，便能保持I0及气隙磁通m恒定，同时所提供的转矩分量 恰为当前s(n)，即转矩所要求的值。这是转差频率控制的基本规律之二。 s1s)(fIs12 I 当s=0，I1=I0，理想空载时I1为纯励磁电流；曲线左右对称，即 情况相同，n大则I1大，这是由异步机原理所决定的。 综上所述两个基本规律：两个基本规律：(1)在s0突加正给定

8、，刚起动时=0，大偏差信号使ASR很快达正饱和限幅，对应于转矩最大给定Tm，对应的函数发生器GF输出I1，一方面保证电机m恒定，另一方面控制 ，使电机以最大转矩起动，当然同时还需要控制旋转磁场转速n0很低，由于n=0,n=nmax,故此时的1*对应于机械特性曲线族中的a点（如图所示）；mSS02I_(n)+(n*) *触发ACRASRDRC脉冲调制放大DPIGVFGAB+(n*) s*1*(n0*)+GFI1*I1_3TGM3 n ()CCdbaTL1TL2TmTGVF输出得到频率为的脉冲序列，经环形分配器输出驱动，产生此时相应的同步旋转磁场，电机开始起动。n上升（上升），但只要0，稳速正转。

9、0并且*=0，n0再生制动状态，只要0未停车，nTTL2*1I*maxs*1*1)(nTTTLL*s*0突加负载稳速过程突加负载稳速过程：设原来在c点稳定运行，_(n)+(n*) *触发ACRASRDRC脉冲调制放大DPIGVFGAB+(n*) s*1*(n0*)+GFI1*I1_3TGM3ASR输出就一直负饱和,电机在-Tm作用下很快减速，直到停车=0。 随 而跟随降低。 *1ATLBC1*1T（n）在电机倒发电制动时，如何保证整流器自动转入逆变状态（90）？触发器的输入UK与角及Ud关系应具有如下特性曲线：Ud0UdLdId+O8V UKUd0500V3090150-8V-500VAB电机

10、进入发电制动后，Ud反向，变为下正上负，DC回路中两电源顺向串联，使Id急增，而此Id实际上是流经相控整流桥交流侧电源线的，故反馈电流信号I1也急增，使ACR负向积分， ，当UK=0V时（原来UK为正），=90，Ud0=0，此时Id继续增加，当 到某一负值时，90，Ud0变为下正上负，且与Ud值相近，吸收能量回馈到电网，即有源逆变。一一、转差频率控制变频调速系统的优点与不足转差频率控制变频调速系统的优点与不足 主要优点：主要优点： 1.与DC双闭环系统很接近，转速外环，电流内环，ASR输出为转差给定，代表转矩给定。KUKU 系统由以前的单纯追求保持m恒定，发展到直接对转矩进行控制。由于具有转矩

11、控制作用，故系统的静、动态性能比前面讲的转速开环VSI、CSI系统好得多。无静差。2由于采用CSI，动态响应快，便于再生制动实现四象限运行。3频率控制环节的输入频率信号给定由转差信号与实测转速相加而得。 （而非 ），故在转速变化过程中，实际旋转磁场转速随转子转速n同步上升或下降，如同水涨船高。n未升起来时n0等待，避免了Ist过大和Tst过小。*s*1* 与转速开环系统相比，调速更平滑，也无需频率给定积分器GI（在开环系统中电位器给定为 而非 ），不会出现n0升得很快，而转子n很慢跟不上的失步情况，n0随 而增加，且n0比n总是略高一点。4ASR的饱和限幅，使动态加减速过程中，恒有和 ，系统加

12、减速响应很快。因为转矩对转速的作用是最有效的。maxs*smTTn1* 存在不足：存在不足：1.控制规律是从异步机稳态等效电路和稳态转矩公式出发的,故所得保持m恒定的结论只在稳态下成立，在动态中m如何变化还没去研究，但肯定不会完全恒定。这定会影响系统的实际动态性能。2.m的恒定是通过函数发生器来保证的， 函数关系 与r2、L2转子参数有关，但r2受温度的影响较大，L2受磁饱和程度影响大，加之非线形函数实现起来易带来误差，比如运放实现只能按分段线形化方式，不可能分得很细。函数关系不准确将使m难以完全恒定。)(fIs13频率控制环节中取 ，使 与 同步升降，这本来是优点，但若转速检测不准确，或存有干扰杂波，则使频率给定有误差，或不稳； -不准导致 更大的误差（因为s本身就很小，故很小误差将产生较大的相对误差）,从而对应的偏离理论值，m、Tm