直调资料--电力拖动自动控制系统第六章课件

1、笼型感应电动机变频调速系统(VVVF系统)转功率不变速度控制系统、电力牵引自动控制系统、第6章，一般将感应电动机的变频调速系统称为变频调速系统。调速时，旋转功率不随转速变化，调速范围大，无论高速还是低速，效率都高，采取一定的技术措施后，可以实现高动态性能，与直流调速系统相比。所以现在的应用面很广，是本文的重点。本章总结了变频控制的基本控制方法感应电动机电压-频率调整控制时的机械特性*电力电子变压器变频器主要类型变速控制系统的脉宽调制(PWM)技术感应电动机稳态模型，基于变速控制感应电动机的动态数学模型和坐标转换动态模型，基于转子磁链方向矢量控制系统动态模型，定子磁链控制直接转矩控制系统； 6.

2、1变频控制的基本控制方式，电机调速时始终要考虑的重要因素是保持电机各极磁通量m为额定值。 磁通量太弱，如果不充分利用马达的核心，就是浪费。过度增加磁通量会使内核饱和，产生过多的励磁电流，严重的情况下，绕组过热会损坏马达。对于直流电动机，励磁系统是独立的，只要电枢反应有适当的补偿，m保持恒定就很容易。在交流感应电动机中，磁通量m由定子和转子磁电位合成生成，需要一些周折扣才能保持磁通量不变。定子角相电动势，(6-1)，表达式，如基准上各相气隙磁通感应电动势的有效值，单位v；-定子频率，单位为Hz；-定子相位绕组串联灯数；-基本缠绕系数；-每Wb单位的气隙磁通。f1、ns、kns、m、样式(6-1)

3、表示通过控制Eg和f1，可以在基准频率(额定频率)以下和基准频率以上控制磁通量m。1 .基本频率如下速度调节(6-1)所示，为了保持m恒定，在频率f1从额定值f1N向下调节时，还必须降低Eg，以使用恒定值电动势频率比率控制方法(6-2)。静压频率比控制方法，但绕组的感应电动势难以直接控制。如果电动势值高，忽略定子绕组漏磁阻抗压降，基于定子相位电压us-eg(6-3)，则这是静压频率比控制方法。但是在低频率下，Us和Eg都很小，因此定子阻抗压降的量更重要，不能再忽略。此时，为了粗略补偿定子压降，必须人工提高电压Us一点。具有定子压降补偿的静压频率比控制特性显示在下图的b线，没有补偿的控制特性为a

4、线。具有压降修正的静压频率比控制性质，a-无修正，b-定子压降修正，2。基本频率异常速度调节，基本频率异常速度调节时必须将频率从f1N提高到f1N，但固定电压Us不能超过额定电压UsN，只能保持最大Us=UsN。这相当于直流电动机的弱磁上升速度，从而将磁通量和频率反向降低。如下图所示，同时绘制基本频率下和基本频率上两种情况的控制特性。可变频率控制特性，图6-2异步电动机可变频率控制的特性，us， Mn， m，不同速度下的电动机载荷可以使电流达到额定值，即，如果温度上升允许的长时间运行，则转矩基本上是根据磁通量变化在电流的拖动原理中。，6.2感应电动机电压-频率调整控制时的机械特性，本节根据异步

5、电动机的机械特性基本频率以下电压-频率调整控制时的机械特性基本频率以上恒压频率转换时的机械特性恒流正弦波驱动时的机械特性，6.2.1静压恒定频率正弦波驱动时感应电动机的机械特性，第5章(5-3)如果定子电压Us和功率角频率1是常数，(6-4)，特性分析，s在很高的情况下，如果在上分母包含s项，则忽略(6-5)，也就是说，s在很高的情况下，转矩近似值与s成正比，机械特性Te=f(s)为直线，则图6，属性分析(续)，如果s接近1时样式(6-4)分母中的Rr可以忽略，(6-6)，也就是说，如果s接近1时转矩近似值与s成反比，则Te=f(s)是对称于原点的双曲线。当机械特性s是上述两个段的中间值时，机

6、械特性从直线段逐渐过渡到双曲段，如图所示。sm、图6-3静压恒频异步电动机的机械特性，6.2.2基本频率以下电压-频率调节控制时的机械特性，表示电压Us和频率1对于相同转矩Te和速度n(或滑动率s)组的要求可以有多种配合的表达式(6-4)机械特性方程式由于机械特性在Us和1的不同配合中也有所不同，因此电压-频率调整控制可能会有所不同。1 .恒压频率比率控制(Us/5;同步速率随频率自然变化。(6-7)，样式(6-5)中表示的机械特性可以从近似直线段导出，(6-9)，载荷时的旋转速度(6-8)，(1为常量时，对于相同转矩Te，S1默认为这意味着，如图6-4所示，在一定压力频率比的条件下，当改变频

7、率1时，机械特性基本上是平行向下移动的。与直流励磁电机的变压速度调节几乎类似。不同的是，如果扭矩增大到最大值，然后旋转速度再次减小，则性质会返回。频率越低，最大转矩值越小，参考第5章(5-5)，稍微整理对(5-5)，然后(6-10)，最大转矩Temax会随着1的减小而减小。频率极低时，如果Temax太小，则可以通过限制电动机的皮带容量，并使用定子压降补偿适当提高电压Us来提高皮带容量(请参见图6-4)。机械特性曲线，图6-4静压频率控制时间频率控制的机械特性，定子压降后的特性补偿，2。恒定Eg/1控制，下图重新绘制了异步电动机的稳态等效回路。图的一些诱导电动势的含义如下：示例：例如，定子各相绕

8、组中eg-气隙(或互感)磁通量的感应电动势；Es-定子角相绕组的定子全磁通感应电位；Er-转子绕组的转子全速感应电动势(折叠在定子边缘)。在感应电动机等效电路、特性分析、电压-频率调节控制中，通过适当地提高电压Us的值，克服定子阻抗压降后，基准(6-1)可以保持为常数值(基准频率以下)，从而知道，不管频率的高低，磁极磁通量m都是常数。特性分析(继续)，在等效电路中可见，(6-11)，代替电磁转矩关系，(6-12)，特性分析(继续)，使用与以前类似的分析方法，s时间很长时可以忽略的格式(6-11)，当性质分析(续)，s接近1时，表示式(6-12)分母中的Rr2项目可忽略，(6-14)，s值为上述

9、两个区段的中间值时，机械性质会在直线和双曲线之间逐渐切换，整体性质与静压频率比率性质类似。性能比较，但比较(6-4)和样式(6-12)发现在常量eg/1特性分母中具有s项的参数小于常量Us /也就是说，s值必须更大，项目才会占据重要的分量，不能忽略，因此常量eg/1特性的线性段范围更大。性能比较(续)，s的基准(6-12)，dTe/ds=0，最大转矩的恒定eg/1控制特性(6-15)，最大转矩(6-16)，性能比较这就是在一定的Eg/1控制下，补偿定子压降所追求的目标。机械特性曲线，Temax，恒定Eg /，1控制时间频率控制的机械特性，3。如果进一步提高恒er/1控制、电压-频率调节控制的电

10、压，转子泄漏的压降就会抵消，得到恒er/1控制，机械特性会怎么样？因此，(6-17)，可以代替电磁转矩基本关系，(6-18)，现在不需要进行近似以知道机械特性完全是直线(见图6-6)。比较几种电压-频率调整控制方法的特性，图6-6不同电压-频率调整控制方法的机械特性，恒er/1控制，恒Eg/r 1控制，恒Us/r 1控制，a，b，c这是高性能交流频率控制所需的性能。问题是如何调节变频装置的电压和频率才能得到一定的Er/1。根据电动势与磁通量的关系，电动势与磁通量速度成正比，前提是频率恒定。在式(6-1)中，气隙磁通量的感应电动势Eg对应于气隙磁通量振幅m，转子全速感应电动势对应于转子全磁通量振

11、幅RM:(6-19)，因此，只要能根据转子全磁通量振幅61510；RM=常数输入行控制，就保持恒定这就是矢量控制系统遵循的原则，下面第6-7节详细介绍了。4 .比较多种调节控制方法，总结为正弦波供电时，电压-频率调节控制可以获得不同类型的机械特性。(1)恒压频率比(Us变频机械特性基本上平行向下移动，硬度也更好，可以满足一般速度调节要求，但低速带载荷能力有些差，需要定子压降的补偿。(2)恒定Eg /控制器1控制是实现恒定压力频率比控制的电压校正的标准，通常在一定条件下达到A机械特性是非线性的，生成转矩的能力仍然受到限制。(3)恒定er/1控制可获得与直流励磁电机相同的线性机械特性，并可根据转子

12、全磁通RM获得恒定控制。也就是说，Er/K5;，6.2.3基准频率以上静压频率转换时的机械特性，性能分析基准频率以上频率速度控制时定子电压Us=UsN保持不变，因此格式(6-4)的机械特性计算公式为(6-20)、性能分析(续)和格式(6-10)，机械特性曲线，恒功率速度调节，如这里所示，随着每个频率的增加，同步速度增大，最大转矩减小，机械特性向上移动，外观基本不变。，图6-7基本频率以上静压频率控制的机械特性，由于频率增加，电压不变，空气间隙磁通量减弱，扭矩减少，但可以认为速度增加，输出功率基本不变。因此，基频以上的频率控制是弱磁恒功率速度。最后，必须指出上述分析的机械特性在正弦波电压下工作的

13、情况。如果电压源包含谐波，则机械特性会扭曲，电动机的损耗会增加。因此，设计变频装置时，建议将输出电压中的谐波降至最低。6.2.4恒流正弦波电源的机械特性，在变频控制下，异步电动机定子电流的振幅保持不变的恒流控制，电流振幅通过具有PI调节器的电流的闭环控制实现，该系统不仅安全可靠，而且具有良好的动态和静态性能。恒流电源的机械特性与上面分析的恒压机械特性不同，现在分析。电子电流计算，将电流波形设置为正弦波，即忽略电流谐波，感应电动机等效电路(恒流供电时)，转子电流计算(继续)，电流振幅(6-22)，电磁转矩公式(6-22)，电磁转矩表达式(6-22)，性能比较，第5章(5-4)和(5-5)给出了恒

14、压机械特性的最大偏差率和最大转矩，并给出了(5-4) (5-5)，性能比较(续)，具有上述表达和特性曲线得出的结论的恒流(1)恒流机械特性类似于恒压的机械特性，理想的空载速度点(s=0，Te=0)和最大转矩点(sm，Temax)。性能比较(续)，(3)恒流机械特性的最大转矩值独立于频率，恒流频率转换时最大转矩不变，但改变定子电流时最大转矩与电流的平方成正比。性能比较(续)、小接头、电压Us和频率1是变频器-异步电动机调速系统的两个独立控制变量，这两个控制变量在变频调速时需要调节控制。基本频率下有三种调整控制方法。调节控制方法不同，可以获得稳定的状态性能。其中，常数Er/1控制性能最佳。在基频以上，采用了保持电压恒定的恒功率约磁调速方法。*6.3电力电子变压器变换器的主要类型，在本节中，交叉-直线和交叉-交流变频器电压源和电流源逆变器180传导和120传导逆变器，如上所述，对于异步电动机的变速调节，必须具有能够同时控制电压幅度和频率的交流电源，电网提供恒定静压频率电源，从而提供可变可变可变可变可变变量故障(vvf)，最古老的VVVF设备是旋转变频装置，即从直流电动机拖动交流同步发电机来调节直流电动机的速度，可以控制发电机输出电压和频率。电力电子设备广泛普及后，旋转变频器已无一例外地在静止型变压器转换器上移位。*6.3.1 AC-直-AC和AC-交流电压