变频器原理与应用 第3版 教案 第7章 变频器的控制方式

PAGE《变频器原理及应用（第3版）》电子教案PAGE第2页共4页中等职业教育课程改革国家规划新教材《电子技术基础》电子教案 PAGE1章节课题第7章变频器的控制方式7.1U／f控制7.2转差频率控制（SF控制）课时2教学目的1.掌握变频器常用的控制方式。2.掌握变频器的U／f控制方式。3.了解转差频率控制方式。重点难点重点难点：变频器的U／f控制方式。教学方法联系工程实际讲授变频器常用的控制方式，使学生掌握变频器的U／f控制方式，了解转差频率控制方式。。教具作业习题7-1；习题7-2；习题7-6课后小结变频器的控制方式有：U／f控制、转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制等。U／f控制是使变频器的输出在改变频率的同时也改变电压，通常是使U／f为常数，这样可使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的转矩、效率、功率因数不下降。低频时，可通过提高U/f比使输出转矩得到补偿的，这种方法被称作转矩补偿。转差频率控制就是检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，通过控制转差频率来控制转矩和电流，使速度的静态误差变小。教学内容7.1U／f控制7.2转差频率控制（SF控制）知识目标：1.掌握变频器的U／f控制原理。2.了解转差频率控制原理。技能目标：学会根据负载类型选择变频器的U／f控制曲线。教学内容7.1U／f控制7.1.1U／f控制原理U／f控制是使变频器的输出在改变频率的同时也改变电压，通常是使U／f为常数，这样可使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的转矩、效率、功率因数不下降。7.1.2恒U／f控制方式的机械特性观察各条机械特性，它们的特征如下：1）从fN向下调频时，n0x下移，TKx逐渐减小。2）fx在fN附近下调时：kf=ku→1，TKx减小很少，可近似认为TKx≈TKN，fx调的很低时：kf=ku→0，TKx减小很快。3）不同fx时，临界转差ΔnKx变化不是很大，所以稳定工作区的机械特性基本是平行的，且机械特性较硬。7.1.3对额定频率fN以下变频调速特性的修正在低频时，TKx的大幅减小，严重影响到电动机在低速时的带负载能力，造成低频时TKx教学内容针对kf=ku下降时Ex在Ux的比重减小，从而造成ΦM和电磁转矩TKx的下降的情况，可适当提高调压比ku，使ku＞kf，即提高Ux的值，使得Ex的值增加。从而保证Ex/fx＝常数。因此这种方法被称作电压补偿，也有些资料称为转矩补偿。7.1.4U／f控制的功能低频时U／f比决不可盲目取大。但在负载变化较大的拖动系统，会不可避免的出现上述情况。例如：起重机械起吊的重物有时重，有时轻；电梯里的乘客有时多、有时少等等。负载变动，则电流也必变动，阻抗压降也就变动。而U／f比只能根据负载最重时的工况进行设定，设定后是不能随负载而变的。因此，在轻载时就出现了补偿过分。针对U／f控制中的过分补偿情况，一些高性能的变频器都设置了自动转矩补偿功能。2.U／f控制功能的选择为了方便用户选择U／f比，变频器通常都是以U／f控制曲线的方式提供给用户，让用户选择的，如图8-3所示。7.2转差频率控制（SF控制）转差频率控制就是检测出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电机速度对应的频率与转差频率之和作为变频器的给定输出频率。由于通过控制转差频率来控制转矩和电流，与U／f控制相比其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。另外，它有速度调节器，利用速度反馈进行速度闭环控制，速度的静态误差小，适用于自动控制系统。教学内容7.2.1转差频率控制原理如果保持电动机的气隙磁通一定，则电动机的转矩及电流由转差角频率决定，因此，若添加控制电动机转差角频率的功能，那么异步电动机产生的转矩就可以控制。转差频率是施加于电动机的交流电压频率与电动机速度(电气角频率)的差频率，在电动机转子上安装测速发电机(PG)等速度检出器可以检测电动机的速度，检测出的转子速度加上转差频率(与产生所要求的转矩相对应)就是逆变器的输出频率。7.2.2转差频率控制的系统构成图8-7为转差频率控制系统构成图。采用转子速度闭环控制，速度调节器通常采用PI控制。它的输入为速度设定信号ω2*和检测的电机实际速度ω2之间的误差信号。速度调节器的输出为转差频率设定信号ωs*。变频器的设定频率即电动机的定子电源频率ω1*为转差频率设定值ωs*与实际转子转速ω2之和。当电动机负载运行时，定子频率设定将会自动补偿由负载所产生的转差，保持电动机的速度为设定速度。速度调节器的限幅值决定了系统的最大转差频率。章节课题7.3矢量控制（VC）7.4直接转矩控制课时2教学目的1.掌握变频器矢量控制方式。2.了解直接转矩控制方式。重点难点重点难点：变频器的矢量控制方式。教学方法联系工程实际讲授变频器的矢量控制方式，使学生掌握变频器的矢量控制方式原理，了解直接转矩控制方式。。教具作业习题7-10；习题7-11课后小结矢量控制是通过控制变频器输出电流的大小、频率及相位，用以维持电动机内部的磁通为设定值，产生所需的转矩。是一种高性能的异步电动机控制方式。直接转矩控制是直接分析交流电动机的模型，控制电动机的磁链和转矩。教学内容7.3矢量控制（VC）7.4直接转矩控制知识目标：1.掌握变频器的矢量控制原理。2.了解直接转矩控制原理。技能目标：弄清楚使用矢量控制的要求。教学内容7.3矢量控制(VC)矢量控制是通过控制变频器输出电流的大小、频率及相位，用以维持电动机内部的磁通为设定值，产生所需的转矩。7.3.1直流电动机与异步电动机调速上的差异1．直流电动机的调速特征直流电动机具有两套绕组，即励磁绕组和电枢绕组，它们的磁场在空间上互差π/2电角度，两套绕组在电路上是互相独立的。2．异步电动机的调速特征异步电动机虽然也有两套绕组，即定子绕组和转子绕组，但只有定子绕组和外部电源相接，定子电流I1是从电源吸取电流，转子电流I2是通过电磁感应产生的感应电流。因此异步电动机的定子电流应包括两个分量，即励磁分量和负载分量。励磁分量用于建立磁场；负载分量用于平衡转子电流磁场。既然直流电动机的调速性能优良，那么能否将异步电动机的定子电流分解成励磁电流和负载电流，并分别进行控制，而它们所形成的磁场在空间上也能互差π/2电角度？如果能实现上述设想异步电动机的调速就可以和直流电动机相差无几了。教学内容7.3.2矢量控制中的等效变换异步电动机的定子电流，实际上就是电源电流，我们知道，将三相对称电流通入异步电动机的定子绕组中，就会产生一个旋转磁场，这个磁场就是我们所说的主磁场ΦM。设想一下，如果将直流电流通入某种形式的绕组中，也能产生和上述旋转磁场一样的ΦM，就可以通过控制直流电流实现先前所说的调速设想。7.3.3.直角坐标／极坐标变换在矢量控制系统中，有时需将直角坐标变换为极坐标，用矢量幅值和相位夹角表示矢量。7.3.4变频器矢量控制的基本思想7.3.5使用矢量控制的要求1．矢量控制的给定；2．矢量控制的要求；3．使用矢量控制的注意事项7.3.6矢量控制系统的优点和应用范围优点：1）动态的高速响应；2）低频转矩增大；3）控制灵活。应用范围：1）要求高速响应的工作机械；2）适应恶劣的工作环境；3）高精度的电力拖动；4）四象限运转。教学内容7.4直接转矩控制7.4.1直接转矩控制系统图8-13所示为按定子磁场控制的直接转矩控制系统的原理框图，采用在转速环内设置转矩内环的方法，以