2-6异步电机变频调速系统.ppt

1、28 异步电机变频调速系统,1、异步电机变频调速系统可以分为频率开环和频率闭环 两种结构 2、频率开环系统一旦速度给定后，电机供电频率不再调节，电机转速将在滑差范围内，随负载大小变化 3、频率闭环系统则在速度给定后，由控制系统实现对供电频率和同步速自动调节，确定负载变化时电机转速恒定不变 4、前者适用用于静态调速精度要求不高的场合，后者适用于静态调速精度高、动态调速性能有要求的场合,一、频率开环、电压源逆变器异步电机变频调速系统,主电路： 该调速系统是频率开环，电压闭环的PWM变频调速系统。在整流部分采用了不可控整流电路，其输出经大电容滤波后，形成低阻抗性质的电压源对逆变器激励。 IGBT功率

2、器件，180度导通型，在同相的上下桥臂间进行换流 二极管提供感性无功电流通路 控制电路： 逆变部分是该系统的关键部分，在PWM信号的控制下，根据给定速度信号，按函数发生器的特性要求输出变频交流电压控制电机转速。,控制过程： 控制信号速度的给定值 给定积分器将时间阶跃的输入转换成斜坡函数输出，由于输入阶跃变化时会产生电流、转矩、转速的冲击 绝对值电路输出的电压信号进入频率和电压控制通道；进入频率通道的电压信号经V/f变换产生决定调制波频率的脉冲；进入电压通道的电压信号经过函数发生器产生基波电压的幅值。 电压检测逆变器的输出，与函数发生器产生的给定值比较经PI，从而产生电压控制信号，对调制波幅值控

3、制 正弦波发生器产生频率和幅值与速度信号相应的正弦调制波 PWM调制正弦调制波决定三角角载波频率，另外和三角载波在PWM调制环节合成产生PWM调制信号 脉冲分配器控制电机转向,函数发生器功能,1、函数发生器的功能是根据输入的速度信号决定相应的输出电压信号的幅值。 2、在额定频率以下运行时，函数发生器的输出应与频率成正比，低频时还应加上一定程度的电压补偿以保证电机气隙磁通的恒定，实现恒最大转矩运行。 3、当运行频率超过额定频率后，函数发生器应作输出限幅，使电机运行于恒功率状态。 4、为了使逆变器的输出基波电压严格按照函数发生器的输出特性，电压通道采用闭环控制,二、频率开环电流源逆变器异步电机变频

4、调速系统,主电路： 典型的交-直-交电流源型变频调速系统；电压反馈为外环，电流反馈为内环的PWM变频调速系统。整流输出经大电感滤波后，形成高内阻性质的电流源对逆变器激励。 IGBT功率器件，120度导通型，在共阴和共阳组内部三相元件间换流 二极管提供电容换流通路 控制电路： 控制信号来源于速度给定，给定积分环节使时间的阶跃函数变为斜坡函数，代表速度大小的给定信号分成两路：控制整流器输出电压和逆变器的输出频率,工作原理： 给定信号经绝对值电路后形成代表速度大小的电压信号，然后分两路，其一经V/f变为频率信号产生出发脉冲控制电机的转速和方向；其二经函数发生器电压调节电流调节器出发脉冲控制直流电压的

5、输出。 系统不稳定运行的原因： 采用电压反馈后容易引起系统运行不稳定为解决此问题增加了瞬态较正环节,当电机端电压发生波动时,相应地改变逆变器的工作频率,保证过渡过程能动态地保持恒电压频率比运行,提高了系统稳定性.电流源逆变器调速系统框图中的其它部分与电压源逆变器相似。,以上讨论的电压源和电流源调速系统都是频率开环系统。当要求不太高时，电机的转速和同步转速相差不多，频率开环能满足一定的要求；但当要求快速的启动、制动、加速、减速时，就不能满足动态性能要求，就会在大转差下运行，转子的电流损耗增加，功率因数低、转矩小、运行不稳定。 基本思想：采用频率反馈控制，控制转子的转差频率使之总运行在小转差率下，

6、这样，调速系统就可在高功率因数，小转子电流，低转子损耗下获得最大的电磁转矩。,三、转差频率控制异步电机变频调系统,在采用频率闭环的控制系统中,转子 转差频率总被限制在临界转差频率Smax 所对应的转子转差频率max 之下，其 运行区被限制在转矩转速特性曲线的 稳态运行区内，如图阴影区域。,异步电动机T-s 曲线,1、控制方法（原理）,根据异步电机的转矩的计算公式： 在小转差运行区内, 转差频率很低,转子呈电阻性质,功 率因数高cos21。转矩为：T CtI2 从等值电路可以求出 I2为: 由于转子电流与气隙磁通和绝对转差 之积成正比。 则 只要控制绝对转差,就能控制转矩。,为了维持磁通不变，就

7、必须控制激磁电流 不变，即： 但 不可测量只能控制，必须找出励磁电流和定子电流之间的关系，通过控制定子电流间接的控制励磁电流，从而维持气隙磁通不变。根据异步电机的等效电路得知： 由此可得（标量形式）： 当维持激磁不变达到维持气隙磁通不变时，定子电流随绝对转差率的变化规律如右图所示,2、转差频率控制异步电机变频调速系统,工作原理： 从控制框图可以看出该系统是一具有电流内环和频率外环的调速系统；控制信号来自于速度给定值，与实际转速相比较的差值信号，经过调节器后得到绝对转差信号。 输出的转差信号分成两路：一路经函数发生器进入整流回路，采用电流闭环，能够维持气隙磁通不变，为实现转差频率控制创造条件；另

8、一路与实际转速相加后，通过脉冲分配器、脉冲放大器形成逆变器的出发信号，控制逆变器的导通，从而实现速度的控制。,在维持磁通恒定的条件下，转差频率控制的调速过程分为以下几个过程： 启动过程：由于在启动的瞬间，转速为0，速度给定与转速之差很大，转差调节器则饱和输出，可以维持 不变，电机以最大转矩加速；当 时，转差调节器退出饱和。启动过程是A-B 突加负载：转速下降，调节器输出一个正的绝对值转差，定子频率增加，促使转速上升，转速最终与给定值相符。电机的运行过程是：B-C-D 速度减小：这时将会出现再生制动状态；速度给定减小的瞬间，惯性限制了转速不能突变，转差调节器饱和输出，电机进入发电制动状态并以 进行制动，转速继续减小，逆变器频率