第5章基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)

1、電力拖動自動控制系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第第5章章基于穩(wěn)態(tài)模型的異基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)步電動機調(diào)速系統(tǒng) 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速l在基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速在基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中，采用系統(tǒng)中，采用穩(wěn)態(tài)等值電路穩(wěn)態(tài)等值電路來分析來分析異步電動機在異步電動機在不同電壓和頻率供電不同電壓和頻率供電條件下的轉(zhuǎn)矩與磁通的穩(wěn)態(tài)關系和條件下的轉(zhuǎn)矩與磁通的穩(wěn)態(tài)關系和機械特性機械特性，并在此基礎上，并在此基礎上設計異步設計異步電動機調(diào)速系統(tǒng)電動機調(diào)速系統(tǒng)?；诜€(wěn)態(tài)模型的調(diào)速方法基于穩(wěn)態(tài)模型的調(diào)速方法l常用的常用的基于穩(wěn)態(tài)模型

2、的基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機異步電動機調(diào)速方法調(diào)速方法有有調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速和和變壓變頻調(diào)變壓變頻調(diào)速速兩類。兩類。內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要n異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型和調(diào)速方法異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型和調(diào)速方法n異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速n異步電動機變壓變頻調(diào)速異步電動機變壓變頻調(diào)速n電力電子變壓變頻器電力電子變壓變頻器n轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)n轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)5.1 異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型和調(diào)速方法型和調(diào)速方法l異步電動機異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型包括包括異步電動異步電動機機穩(wěn)態(tài)

3、等值電路穩(wěn)態(tài)等值電路和和機械特性機械特性，兩者既有，兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。聯(lián)系，又有區(qū)別。穩(wěn)態(tài)等值電路穩(wěn)態(tài)等值電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率描述了在一定的轉(zhuǎn)差率下電動機的穩(wěn)態(tài)電氣特性。下電動機的穩(wěn)態(tài)電氣特性。機械特性機械特性則表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率（或則表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關系。轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關系。5.1.1異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型l轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速的關系轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速的關系11nnsn1(1)ns n或或 電動機極電動機極對對數(shù)數(shù) 供電電源頻率供電電源頻率 l同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 1160pfnn1fpn異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路圖圖5-1 異步電動機異步電動

4、機T型等效電路型等效電路假定條件：假定條件：忽略空間和時間諧波，忽略空間和時間諧波，忽略磁飽和，忽略磁飽和，忽略鐵損忽略鐵損勵磁電感勵磁電感折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻子每相電阻折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感子每相漏感定子每相漏感定子每相漏感定子每相電阻定子每相電阻異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路式中式中 l轉(zhuǎn)子相電流（折合到定子側(cè)）轉(zhuǎn)子相電流（折合到定子側(cè)） 212121lrlsrssrLCLsRCRUImlsmlssLLLjLjRC111111lssLR異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路圖圖5-2 異步電動機簡化等效電路異步電動機簡化等效電路

5、忽略勵磁電流忽略勵磁電流mlsLL由于由于mlsLL由于由于異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路2212lrlsrssrsLLsRRUIIl簡化等效電路的相電流簡化等效電路的相電流幅值幅值異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性l異步電動機傳遞的電磁異步電動機傳遞的電磁功率功率 l機械同步角速度機械同步角速度 sRIPrrm2 3pmn1111memmePTPT異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性l異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩（異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩（機械特性方程式機械特性方程式 ）22122122212122 113/33lrlsrsrsplrlsrsrsprrpmmeLLsRsRsRUn

6、LLsRRsRUnsRInPT異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性對對s求導，并令求導，并令 0dsdTel最大轉(zhuǎn)矩，又稱臨界轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩，又稱臨界轉(zhuǎn)矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnT異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性l臨界轉(zhuǎn)差率：對應最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率：對應最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率2212)(lrlssrmLLRRsl臨界轉(zhuǎn)差率是不是最大轉(zhuǎn)差率？臨界轉(zhuǎn)差率是不是最大轉(zhuǎn)差率？異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性將機械特性方程式分母展開將機械特性方程式分母展開2222222112222222113232psresrsrlslrpsrlslrssrrn U R

7、 sTs RRsR RsLLn U R sLLsR ssR RR異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性當當s很小時，忽略分母中含很小時，忽略分母中含s各項各項213psern U sTsRl轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)矩近似與s成正比，機械特性近似為直成正比，機械特性近似為直線線 異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性當當s較大時，忽略分母中較大時，忽略分母中s的一次項和零次項的一次項和零次項l轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)矩近似與s成反比，機械特性是一段雙曲成反比，機械特性是一段雙曲線線22221131psreslslrn U RTss RLL異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性l異步電動機由額異步電動機由額定電壓、

8、額定頻定電壓、額定頻率供電，且無外率供電，且無外加電阻和電抗時加電阻和電抗時的機械特性方程的機械特性方程式，稱作式，稱作固有特固有特性性或或自然特性自然特性。圖圖5-3 異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性5.1.2異步電動機的調(diào)速方異步電動機的調(diào)速方法與氣隙磁通法與氣隙磁通l異步電動機的調(diào)速方法異步電動機的調(diào)速方法所謂所謂調(diào)速調(diào)速，就是人為地改變機械特性，就是人為地改變機械特性的參數(shù)，使電動機的穩(wěn)定工作點偏離固有的參數(shù)，使電動機的穩(wěn)定工作點偏離固有特性，工作在人為機械特性上，以達到調(diào)特性，工作在人為機械特性上，以達到調(diào)速的目的。速的目的。異步電動機的調(diào)速方法異步電動機的調(diào)速方法由異步電動

9、機的機械特性方程式由異步電動機的機械特性方程式可知，能夠改變的參數(shù)可分為可知，能夠改變的參數(shù)可分為3類：類：電動機參數(shù)電動機參數(shù)、電源電壓電源電壓和和電源頻率電源頻率（或角頻（或角頻率）。率）。22222113psresrlslrn U R sTsRRsLL異步電動機的氣隙磁通異步電動機的氣隙磁通l三相異步電動機定子每相電動勢的有效值三相異步電動機定子每相電動勢的有效值若若忽略定子繞組電阻和漏磁感抗壓降，則定忽略定子繞組電阻和漏磁感抗壓降，則定子每相電壓為子每相電壓為14.44SgsmNEf N k14.44SsgsmNUEf N k異步電動機的氣隙磁通異步電動機的氣隙磁通l氣隙磁通氣隙磁通

10、l為了保持氣隙磁通恒定，應使為了保持氣隙磁通恒定，應使 （恒磁通）（恒磁通）11/mgsEfUf1gEf常數(shù)s1Uf常數(shù)或近似為或近似為 （恒轉(zhuǎn)矩）（恒轉(zhuǎn)矩）5.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速l保持電源頻率為額定頻率，只改變定保持電源頻率為額定頻率，只改變定子電壓的調(diào)速方法稱作調(diào)壓調(diào)速。子電壓的調(diào)速方法稱作調(diào)壓調(diào)速。l由于由于受電動機絕緣和磁路飽和的限制受電動機絕緣和磁路飽和的限制，定子電壓只能降低定子電壓只能降低，不能升高，故又，不能升高，故又稱作稱作降壓調(diào)速降壓調(diào)速。異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速l調(diào)壓調(diào)速的基本特征：電動機同步轉(zhuǎn)速保調(diào)壓調(diào)速的基本特征：電動機同步轉(zhuǎn)速保持額

11、定值不變持額定值不變 l氣隙磁通氣隙磁通 隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速。隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速。11160NNpfnnn14.44SsmsNUf N k5.2.1 異步電動機調(diào)壓調(diào)速的異步電動機調(diào)壓調(diào)速的主電路主電路圖圖5-4 晶閘管交流調(diào)壓器調(diào)速晶閘管交流調(diào)壓器調(diào)速TVC雙雙向晶閘管向晶閘管交流調(diào)壓交流調(diào)壓器器a) 不可逆不可逆電路電路b) 可逆電可逆電路路5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性可調(diào)可調(diào) l調(diào)壓調(diào)速的機械特性表達式調(diào)壓調(diào)速的機械特性表達式22222113psresrlslrn U R sTsRRsLLsUl電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓

12、的平方成正比電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比 5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性l臨界轉(zhuǎn)差率保持不變臨界轉(zhuǎn)差率保持不變 l理想空載轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速不變理想空載轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速不變 01Nnn2212)(lrlssrmLLRRs5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性l臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnT隨定子電壓的減小而成平方比地下降。隨定子電壓的減小而成平方比地下降。5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性圖圖5-5 異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性異步電動機調(diào)壓調(diào)速的

13、機械特性5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性l帶恒轉(zhuǎn)矩負載時，普通籠型異步電動機降帶恒轉(zhuǎn)矩負載時，普通籠型異步電動機降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為 調(diào)速范圍有限，圖中調(diào)速范圍有限，圖中A、B、C為恒轉(zhuǎn)矩負載為恒轉(zhuǎn)矩負載在不同電壓時的穩(wěn)定工作點。在不同電壓時的穩(wěn)定工作點。l帶風機類負載運行，調(diào)速范圍可以稍大一帶風機類負載運行，調(diào)速范圍可以稍大一些，圖中些，圖中D、E、F為風機類負載在不同電壓為風機類負載在不同電壓時的穩(wěn)定工作點。時的穩(wěn)定工作點。0mss5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性帶恒轉(zhuǎn)矩負載工作時帶恒轉(zhuǎn)矩

14、負載工作時，定子側(cè)輸入的電磁功率，定子側(cè)輸入的電磁功率故故電磁功率恒定不變電磁功率恒定不變，與轉(zhuǎn)速無關。，與轉(zhuǎn)速無關。 11LmmLpTPTn1LT、均為常數(shù)均為常數(shù) 5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性l轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 隨著轉(zhuǎn)差率的加大而增加。隨著轉(zhuǎn)差率的加大而增加。l帶恒轉(zhuǎn)矩負載的降壓調(diào)速就是靠增大轉(zhuǎn)差帶恒轉(zhuǎn)矩負載的降壓調(diào)速就是靠增大轉(zhuǎn)差功率、減小輸出功率來換取轉(zhuǎn)速的降低。功率、減小輸出功率來換取轉(zhuǎn)速的降低。l增加的轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，增加的轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，這就是這就是轉(zhuǎn)差功率消耗型的由來轉(zhuǎn)差功率消耗型的由來。1 LsmmLpTPs

15、PsTsn5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性l若增加轉(zhuǎn)子電阻值若增加轉(zhuǎn)子電阻值，臨，臨界轉(zhuǎn)差率加大，可以擴界轉(zhuǎn)差率加大，可以擴大恒轉(zhuǎn)矩負載下的調(diào)速大恒轉(zhuǎn)矩負載下的調(diào)速范圍，這種范圍，這種高轉(zhuǎn)子電阻高轉(zhuǎn)子電阻電動機電動機又稱作又稱作交流力矩交流力矩電動機電動機。l缺點缺點是是機械特性機械特性較軟較軟。 圖圖5-6 高轉(zhuǎn)子電阻電動機（交流力矩高轉(zhuǎn)子電阻電動機（交流力矩電動機）在不同電壓下的機械特性電動機）在不同電壓下的機械特性2212)(lrlssrmLLRRs5.2.3 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)l要求帶恒轉(zhuǎn)矩要求帶恒轉(zhuǎn)矩負載的調(diào)壓系負載的調(diào)壓

16、系統(tǒng)具有較大的統(tǒng)具有較大的調(diào)速范圍時，調(diào)速范圍時，往往須采用帶往往須采用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)環(huán)控制系統(tǒng)。圖圖5-7 帶轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)控帶轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) ？問題的提出？問題的提出P1195.2.3 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)l當系統(tǒng)帶負載穩(wěn)定時，如果負載增大或減當系統(tǒng)帶負載穩(wěn)定時，如果負載增大或減小，引起轉(zhuǎn)速下降或上升，小，引起轉(zhuǎn)速下降或上升，反饋控制作用反饋控制作用會自動調(diào)整定子電壓，使閉環(huán)系統(tǒng)工作在會自動調(diào)整定子電壓，使閉環(huán)系統(tǒng)工作在新的穩(wěn)定工作點新的穩(wěn)定工作點。l按照反饋控制規(guī)律，將穩(wěn)定工作點連接起按照反饋控制規(guī)律

17、，將穩(wěn)定工作點連接起來便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性來便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為什么能比開環(huán)系直流單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為什么能比開環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降？統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降？（對比直流單閉環(huán)控制思想）（對比直流單閉環(huán)控制思想）5.2.3 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)l靜特性左右靜特性左右兩邊都有極兩邊都有極限，它們是限，它們是額定電壓下額定電壓下的機械特性的機械特性和最小輸出和最小輸出電壓下的機電壓下的機械特性。械特性。圖圖5-8 轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的交流轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜特性調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜特性sNUminsU2212lrlsrssrstsstLLRRUII*5.2.4

18、降壓控制應用降壓控制應用l三相異步電動機直接接電網(wǎng)起動時，起動三相異步電動機直接接電網(wǎng)起動時，起動電流比較大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大。電流比較大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大。2222113psrestsrlslrn U RTRRLL2212lrlsrssrstsstLLRRUII2222113psrestsrlslrn U RTRRLL啟動時啟動時S=1啟動電流約為額定啟動電流約為額定電流的電流的47倍；倍；啟動轉(zhuǎn)矩約為額定啟動轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩的0.91.3倍。倍。啟動電流約為額定啟動電流約為額定電流的電流的47倍；倍；*5.2.4降壓控制應用降壓控制應用l中、大容量電動機的起動電流大，會使電中、大容量

19、電動機的起動電流大，會使電網(wǎng)壓降過大，影響其它用電設備的正常運網(wǎng)壓降過大，影響其它用電設備的正常運行，甚至使該電動機本身根本起動不起來。行，甚至使該電動機本身根本起動不起來。l必須采取措施來降低其起動電流，常用的必須采取措施來降低其起動電流，常用的辦法是降壓起動。辦法是降壓起動。*軟起動器軟起動器l當電壓降低時，起動電流將隨電壓成正比當電壓降低時，起動電流將隨電壓成正比地降低，從而可以避開起動電流沖擊的高地降低，從而可以避開起動電流沖擊的高峰。峰。l起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩的減小將比起動電流的降低更多，降壓起的減小將比起動電流的降低更多，降壓起動

20、時又會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩不夠的問題。動時又會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩不夠的問題。l降壓起動只適用于中、大容量電動機空載降壓起動只適用于中、大容量電動機空載（或輕載）起動的場合（或輕載）起動的場合。*5.2.4降壓控制應用降壓控制應用l三相異步電動機運行時的總損耗三相異步電動機運行時的總損耗 P121smechCurFeCusppppppl電機的運行效率電機的運行效率 pPPPP2212*輕載降壓運行輕載降壓運行l(wèi)為了減少輕載時的能量損耗，降低定子電為了減少輕載時的能量損耗，降低定子電壓可以降低氣隙磁通，這樣可以同時降低壓可以降低氣隙磁通，這樣可以同時降低鐵損和勵磁電流。鐵損和勵磁電流。l過分降低電壓和磁通，轉(zhuǎn)子

21、電流必然增大，過分降低電壓和磁通，轉(zhuǎn)子電流必然增大，定子電流反而可能增加，鐵損的降低將被定子電流反而可能增加，鐵損的降低將被銅損的增加填補，效率反而更差了。銅損的增加填補，效率反而更差了。l當負載轉(zhuǎn)矩一定時，輕載降壓運行有一個當負載轉(zhuǎn)矩一定時，輕載降壓運行有一個最佳電壓值，此時效率最高。最佳電壓值，此時效率最高。5.3 異步電動機變壓變頻調(diào)速異步電動機變壓變頻調(diào)速l變壓變頻變壓變頻(VVVF)調(diào)速是調(diào)速是改變改變異步電動機異步電動機同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速隨頻的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速隨頻率而變化率而變化ppnnfn260601115.3.1 變壓變頻調(diào)速的基本原理變壓變頻調(diào)速的

22、基本原理l異步電動機的實際轉(zhuǎn)速異步電動機的實際轉(zhuǎn)速 1111(1)ns nnsnnnl穩(wěn)態(tài)速降穩(wěn)態(tài)速降 1snn 隨負載大小變化隨負載大小變化 氣隙磁通氣隙磁通控制控制l只要控制只要控制14.44SgsmNEf N k14.44SsgsmNUEf N k便可控制氣隙磁通便可控制氣隙磁通 忽略定子繞組電阻和漏磁感抗壓降忽略定子繞組電阻和漏磁感抗壓降基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l當異步電動機在基頻（額定頻率）以下運當異步電動機在基頻（額定頻率）以下運行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電機行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果磁通過大，又的鐵心，是一種浪費；如果磁通過大，又會使鐵心

23、飽和，從而導致過大的勵磁電流，會使鐵心飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時還會因繞組過熱而損壞電機。嚴重時還會因繞組過熱而損壞電機。l最好是保持每極磁通量為額定值不變。最好是保持每極磁通量為額定值不變?；l以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l當頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須使當頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須使 14.44SgsNmNEN kf常值l基頻以下應采用電動勢頻率比為恒值的基頻以下應采用電動勢頻率比為恒值的控制方式?？刂品绞?。 恒壓頻比控制，恒恒壓頻比控制，恒U/f=constant恒磁通控制，恒恒磁通控制，恒E/fconstant基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l恒壓頻比的控制方式恒壓頻比的控制方式 當電

24、動勢值較高時，忽略定子電阻和漏感當電動勢值較高時，忽略定子電阻和漏感壓降，壓降，gsEU 基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l低頻補償（低頻轉(zhuǎn)矩提升）低頻補償（低頻轉(zhuǎn)矩提升）低頻時，定子電阻和漏感壓降所占的份低頻時，定子電阻和漏感壓降所占的份量比較顯著，不能再忽略。量比較顯著，不能再忽略。人為地把定子電壓抬高一些，以補償定人為地把定子電壓抬高一些，以補償定子阻抗壓降。子阻抗壓降。負載大小不同，需要補償?shù)亩ㄗ与妷阂藏撦d大小不同，需要補償?shù)亩ㄗ与妷阂膊灰粯?。不一樣?2222113psresrlslrn U R sTsRRsLL基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l通常在控制軟通常在控制軟件中備有不同件中備有不同斜

25、率的補償特斜率的補償特性，以供用戶性，以供用戶選擇。選擇。a無補償無補償 b帶定子帶定子電壓補償電壓補償圖圖5-9 恒壓頻比控制特性恒壓頻比控制特性基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速 l在基頻以上調(diào)速時，頻率從向上升高，在基頻以上調(diào)速時，頻率從向上升高，受到電機絕緣耐壓和磁路飽和的限制，受到電機絕緣耐壓和磁路飽和的限制，定子電壓不能隨之升高，最多只能保定子電壓不能隨之升高，最多只能保持額定電壓不變。持額定電壓不變。l為什么不能往額定電壓以上調(diào)壓調(diào)速？為什么不能往額定電壓以上調(diào)壓調(diào)速？l這將導致磁通與頻率成反比地降低，這將導致磁通與頻率成反比地降低，使得異步電動機工作在弱磁狀態(tài)。使得異步電動機工作在弱磁狀

26、態(tài)。14.44SsgsmNUEf N k變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速 圖圖5-10 異步電動機變壓變頻調(diào)速的控制特性異步電動機變壓變頻調(diào)速的控制特性5.3.2 變壓變頻調(diào)速時的機械變壓變頻調(diào)速時的機械特性特性l基頻以下采用恒壓頻比控制基頻以下采用恒壓頻比控制 異步電動機機械特性方程式改寫為異步電動機機械特性方程式改寫為22122121)()(3lrlsrsrspeLLsRsRRsUnT基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速l當當s很小時，忽略上式分母中含很小時，忽略上式分母中含s各項，各項，sRsUnTrspe1213或或 2113sperUnTRs基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速l對于同一轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速降落基本不變對于同

27、一轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速降落基本不變在恒壓頻比的條件下把頻率向下調(diào)節(jié)時，機在恒壓頻比的條件下把頻率向下調(diào)節(jié)時，機械特性基本上是平行下移的。械特性基本上是平行下移的。2111210602reeppsR TnsnsTnnU 基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速l臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩 隨著頻率的降低而減小。隨著頻率的降低而減小。l當頻率較低時，電動機帶載能力減弱，采當頻率較低時，電動機帶載能力減弱，采用低頻定子壓降補償，適當?shù)靥岣唠妷?，可用低頻定子壓降補償，適當?shù)靥岣唠妷?，可以增強帶載能力。以增強帶載能力。221121)(123lrlsssspemLLRRUnT基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速l轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 與轉(zhuǎn)速無關，故稱作轉(zhuǎn)差

28、功率不變型轉(zhuǎn)差功率不變型。21213resmespR TPsPsTUn基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速l電壓不能從額定值再向上提高，只能電壓不能從額定值再向上提高，只能保持不變（保持不變（為什么？為什么？），機械特性方），機械特性方程式可寫成程式可寫成l臨界轉(zhuǎn)矩表達式臨界轉(zhuǎn)矩表達式 2212212)()(3lrlsrsrsNpeLLsRsRsRUnT221212)(123lrlssssNpemLLRRUnT受電機絕緣耐壓和磁受電機絕緣耐壓和磁路飽和的限制路飽和的限制基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速l臨界轉(zhuǎn)差臨界轉(zhuǎn)差 l當當s很小時，忽略上式分母中含很小時，忽略上式分母中含s各項各項 2212)(lrlssrm

29、LLRRs213sNeprUsTnR或或21123repsNR Tsn U基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速l帶負載時的轉(zhuǎn)速降落帶負載時的轉(zhuǎn)速降落 l對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，轉(zhuǎn)速對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，轉(zhuǎn)速降落越大，機械特性越軟，與直流電動機弱降落越大，機械特性越軟，與直流電動機弱磁調(diào)速相似。磁調(diào)速相似。21112210602reppsNR TnsnsnnU 基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速l轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 l帶恒功率負載運行時帶恒功率負載運行時221123resmepsNR TPsPsTn U轉(zhuǎn)差功率基本不變。轉(zhuǎn)差功率基本不變。221eT常數(shù)變壓變頻調(diào)速時的機械特性變壓變頻調(diào)速時的機械特性圖

30、圖5-11 異步電動機變壓變頻調(diào)速機械特性異步電動機變壓變頻調(diào)速機械特性變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速l在在基頻以下基頻以下，由于磁通恒定，允許輸，由于磁通恒定，允許輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”方式。方式。l在在基頻以上基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，由于轉(zhuǎn)速允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，由于轉(zhuǎn)速上升，允許輸出功率基本恒定，屬于上升，允許輸出功率基本恒定，屬于“近似的恒功率調(diào)速近似的恒功率調(diào)速”方式。方式。5.3.3 基頻以下電壓補償控制基頻以下電壓補償控制 l在基頻以下運行時，采用恒壓頻比的控在基頻以下運行時，采用恒壓頻比的控制

31、方法具有控制簡便的優(yōu)點。制方法具有控制簡便的優(yōu)點。l但負載的變化時定子壓降不同，將導致但負載的變化時定子壓降不同，將導致磁通改變，須采用定子電壓補償控制。磁通改變，須采用定子電壓補償控制。l根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以保持磁通恒定。保持磁通恒定。5.3.3 基頻以下電壓補償控制基頻以下電壓補償控制 l為了使參考極為了使參考極性與電動狀態(tài)性與電動狀態(tài)下的實際極性下的實際極性相吻合，感應相吻合，感應電動勢采用電電動勢采用電壓降的表示方壓降的表示方法，由高電位法，由高電位指向低電位。指向低電位。 圖圖5-12 異步電動機等值電路和感應電動勢異步電動機等值電路和

32、感應電動勢三種磁通三種磁通l2、氣隙磁通在定子每相繞組中的感應電動勢、氣隙磁通在定子每相繞組中的感應電動勢 14.44SgsmNEf N kl1、定子全磁通在定子每相繞組中的感應電動勢、定子全磁通在定子每相繞組中的感應電動勢 l3、轉(zhuǎn)子全磁通在定子每相繞組中的感應電動、轉(zhuǎn)子全磁通在定子每相繞組中的感應電動勢勢 14.44SssmsNEf N k14.44SrsmrNEf N k1、恒定子磁通控制、恒定子磁通控制 l保持定子磁通恒定：保持定子磁通恒定： 定子電動勢不好直接控制，能夠直接控制定子電動勢不好直接控制，能夠直接控制的只有定子電壓的只有定子電壓，按，按l補償定子電阻壓降，就能夠得到恒定子

33、磁補償定子電阻壓降，就能夠得到恒定子磁通。通。 1/ fEssssEIRU1常值常值1/ fEs常值常值1、恒定子磁通控制、恒定子磁通控制 l忽略勵磁電流，轉(zhuǎn)子電流忽略勵磁電流，轉(zhuǎn)子電流l電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 2212)(lrlsrsrLLsREI22122 121221221)(3)(3lrlsrrsprlrlsrspeLLsRRsEnsRLLsREnT1/ fEs常值常值1、恒定子磁通控制、恒定子磁通控制 恒壓頻比控制時的轉(zhuǎn)矩式恒壓頻比控制時的轉(zhuǎn)矩式 兩式相比可知，恒定子磁通控制時轉(zhuǎn)矩表達式兩式相比可知，恒定子磁通控制時轉(zhuǎn)矩表達式的分母小于恒壓頻比控制特性中的同類項。的分母小于恒壓頻比控制特性

34、中的同類項。l當轉(zhuǎn)差率當轉(zhuǎn)差率s相同時，采用恒定子磁通控制方式相同時，采用恒定子磁通控制方式的電磁轉(zhuǎn)矩大于恒壓頻比控制方式。的電磁轉(zhuǎn)矩大于恒壓頻比控制方式。22122121)()(3lrlsrsrspeLLsRsRRsUnT1/ fEs常值常值1、恒定子磁通控制、恒定子磁通控制 l臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率 l臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩 )(1lrlsrmLLRs)(12321lrlsspemLLEnT頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變不變 。1/ fEs常值常值1、恒定子磁通控制、恒定子磁通控制 比較可知比較可知l恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率大恒定子磁通控制的

35、臨界轉(zhuǎn)差率大于恒壓頻比控制方式。于恒壓頻比控制方式。l恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于恒壓頻比控制方式。于恒壓頻比控制方式。1/ fEs常值常值2、恒氣隙磁通控制、恒氣隙磁通控制 l保持氣隙磁通恒定：保持氣隙磁通恒定： l定子電壓定子電壓l除了補償定子電阻壓降外，還應補償定子除了補償定子電阻壓降外，還應補償定子漏抗壓降。漏抗壓降。 glsssEILjRU11)(1/gE常值常值1/gE常值常值2、恒氣隙磁通控制、恒氣隙磁通控制 l轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流l電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 2212lrrgrLsREI2 2122 12122122133lrrrgprlrrgpeLsRRsEn

36、sRLsREnT1/gE常值常值2、恒氣隙磁通控制、恒氣隙磁通控制 l臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率 l臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩 l與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機械控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機械特性更硬特性更硬。 1lrrmLRs21123lrspemLEnT1/gE常值常值3、恒轉(zhuǎn)子磁通控制、恒轉(zhuǎn)子磁通控制 l保持轉(zhuǎn)子磁通恒定：保持轉(zhuǎn)子磁通恒定： l定子電壓定子電壓l除了補償定子電阻壓降外，還應補償定除了補償定子電阻壓降外，還應補償定子和轉(zhuǎn)子漏抗壓降。子和轉(zhuǎn)子漏抗壓降。 11()sslslrrURjLLIE1/rE常

37、值常值1/rE常值常值3、恒轉(zhuǎn)子磁通控制、恒轉(zhuǎn)子磁通控制 l轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流l電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 sREIrrr/12122133rrprrrpeRsEnsRsREnT1/rE常值常值3、恒轉(zhuǎn)子磁通控制、恒轉(zhuǎn)子磁通控制 l機械特性完全是一條直線機械特性完全是一條直線，可以獲，可以獲得得和直流電動機一樣的線性機械特和直流電動機一樣的線性機械特性性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能要求的穩(wěn)態(tài)性能。1/rE常值常值不同控制方式下的機械特性不同控制方式下的機械特性 圖圖5-13 異步電動機在不同控制方式下的機械特性異步電動機在不同控制方式下的機械特性a）恒壓頻比控制）恒

38、壓頻比控制b）恒定子磁通控）恒定子磁通控制制c）恒氣隙磁通控）恒氣隙磁通控制制 d）恒轉(zhuǎn)子磁通控）恒轉(zhuǎn)子磁通控制制不同控制方式的比較不同控制方式的比較 l恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當提夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。不同控制方式下的比較不同控制方式下的比較l恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補償，控制要復控制方式

39、均需要定子電壓補償，控制要復雜一些。雜一些。l恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機械特性還是非線性改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。l恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵可以獲得和直流他勵電動機一樣的線性機械特性，電動機一樣的線性機械特性，性能最佳性能最佳。5.4 電力電子變壓變頻器電力電子變壓變頻器l異步電動機變頻調(diào)速需要電壓與頻率均可異步電動機變頻調(diào)速需要電壓與頻率均可調(diào)的交流電源，常用的交流可調(diào)電源是由調(diào)的交流電源，常用的交流可調(diào)電源是由電力電子器件構(gòu)成的靜止式

40、功率變換器，電力電子器件構(gòu)成的靜止式功率變換器，一般稱為變頻器。一般稱為變頻器。5.4 電力電子變壓變頻器電力電子變壓變頻器l交交-直直-交變頻器：先將恒壓恒頻交變頻器：先將恒壓恒頻(CVCF)的交的交流電整成直流，再將直流電逆變成電壓與頻率流電整成直流，再將直流電逆變成電壓與頻率均為可調(diào)均為可調(diào)(VVVF)的交流，稱作的交流，稱作間接變頻間接變頻。l交交-交變頻器：將恒壓恒頻交變頻器：將恒壓恒頻(CVCF)的交流電的交流電直接變換為電壓與頻率均為可調(diào)直接變換為電壓與頻率均為可調(diào)(VVVF)的交的交流電，無需中間直流環(huán)節(jié)，稱作流電，無需中間直流環(huán)節(jié)，稱作直接變頻直接變頻。5.4 電力電子變壓變

41、頻器電力電子變壓變頻器圖圖5-14 變頻器結(jié)構(gòu)示意圖變頻器結(jié)構(gòu)示意圖a）交）交-直直-交變頻器交變頻器b）交）交-交交變頻器變頻器 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)脈沖寬度調(diào)制技術(shù)l現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制（寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡），簡稱稱PWM。l基本思想基本思想是是控制逆變器中電力電子器件的控制逆變器中電力電子器件的開通或關斷，輸出電壓為幅值相等、寬度按開通或關斷，輸出電壓為幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣的高頻脈一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣的高頻脈沖序列代替期望的輸出電壓沖序列代替期望的輸出電壓

42、。5.4.1 PWM變頻器主回路變頻器主回路圖圖5-15 交交-直直-交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖5.4.1 PWM變頻器主回路變頻器主回路l左邊是不可控整流橋，將三相交流電左邊是不可控整流橋，將三相交流電整流成電壓恒定的直流電壓。整流成電壓恒定的直流電壓。l右邊是逆變器右邊是逆變器(Invertor，Inv)，將直，將直流電壓變換為頻率與電壓均可調(diào)的交流流電壓變換為頻率與電壓均可調(diào)的交流電。電。l中間的濾波環(huán)節(jié)是為了減小直流電壓中間的濾波環(huán)節(jié)是為了減小直流電壓脈動而設置的。脈動而設置的。5.4.1 PWM變頻器主回路變頻器主回路l主回路只有一套可控功率級，具有結(jié)主回路只有一套可控

43、功率級，具有結(jié)構(gòu)、控制方便的優(yōu)點，采用脈寬調(diào)制的構(gòu)、控制方便的優(yōu)點，采用脈寬調(diào)制的方法，輸出諧波分量小。方法，輸出諧波分量小。l缺點缺點是當電動機工作在回饋制動狀態(tài)是當電動機工作在回饋制動狀態(tài)時能量不能回饋至電網(wǎng)，造成直流側(cè)電時能量不能回饋至電網(wǎng)，造成直流側(cè)電壓上升，稱作壓上升，稱作泵升電壓泵升電壓。直流母線供電直流母線供電l采用直流母線供電給多臺逆變器，可采用直流母線供電給多臺逆變器，可以減少整流裝置的電力電子器件，逆變以減少整流裝置的電力電子器件，逆變器從直流母線上汲取能量，還可以通過器從直流母線上汲取能量，還可以通過直流母線來實現(xiàn)能量平衡，提高整流裝直流母線來實現(xiàn)能量平衡，提高整流裝置的

44、工作效率。置的工作效率。l當某個電動機工作在回饋制動狀態(tài)時，當某個電動機工作在回饋制動狀態(tài)時，直流母線能將回饋的能量送至其他負載，直流母線能將回饋的能量送至其他負載，實現(xiàn)能量交換，有效地抑制泵升電壓。實現(xiàn)能量交換，有效地抑制泵升電壓。直流母線供電直流母線供電圖圖5-16 直流母線方式的變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖直流母線方式的變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖5.4.2正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)l以頻率與期望的輸出電壓波相同的以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波正弦波作為作為調(diào)制波調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的，以頻率比期望波高得多的等腰三角波等腰三角波作作為為載波載波。l由它們的由它們的交點確定交點確定逆變

45、器逆變器開關器件的通斷時刻開關器件的通斷時刻，從而獲得從而獲得幅值相等幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列序列，這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制，這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse Width Modulation，簡稱，簡稱SPWM）。）。補充知識點n所謂SPWM波形波形：就是與正弦波等效的一系列等幅不就是與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形等寬的矩形脈沖波形。n等效原則等效原則：每一區(qū)間的面積相等每一區(qū)間的面積相等。n具體做法具體做法：如果把一正弦半波分成n等份，然后把每一等份的正弦曲線與橫軸所圍面積都用一個與此面積相等的矩形脈

46、沖來代替，且矩形脈沖的幅值不變（只改變寬度），各脈沖的中心點與正弦波每一等份的中心點相重合。這樣，由n個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦波的半周等效。稱為SPWM波形。特點：兩邊特點：兩邊窄，中間寬。窄，中間寬。n同樣，正弦波的負半周也可用同樣方法得到一系列的負脈沖波等效。5.4.2 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)圖圖5-17 三相三相PWM逆變器逆變器雙極性雙極性SPWM波形波形a) 三相正弦調(diào)制波與三相正弦調(diào)制波與雙極性三角載波雙極性三角載波b）、）、c）、）、d）三相）三相電壓電壓e）輸出線電壓）輸出線電壓f）電動機相電壓）電動機相電壓補充知識點1、調(diào)制度調(diào)制度Mn正弦波（

47、調(diào)制波）幅值正弦波（調(diào)制波）幅值 M 三角波（載波）幅值三角波（載波）幅值若以單位量1代表三角載波的幅值，則正弦調(diào)制波的幅值就是調(diào)制度M。補充知識點n2、載波比載波比載波頻率載波頻率 fc與與調(diào)制信號調(diào)制信號頻率頻率 fr 之比之比N，既 N = fc / fr 根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的根據(jù)載波和信號波是否同步及載波比的變化情況變化情況，PWM調(diào)制方式分為異步調(diào)制異步調(diào)制和同步調(diào)制同步調(diào)制。（1）異步調(diào)制）異步調(diào)制 異步調(diào)制異步調(diào)制載波載波信號和調(diào)制和調(diào)制信號不不同步同步的調(diào)制方式。通常保持通常保持 fc 固定不變固定不變，當 fr 變化時，載載波比波比 N 是變化的是變化的；在信號

48、波的半周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱；當 fr 較低時較低時，N 較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小；當 fr 增高時增高時，N 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWM 脈沖不對稱的影響就變大不對稱的影響就變大。（2）同步調(diào)制）同步調(diào)制 同步調(diào)制同步調(diào)制N 等于常數(shù)等于常數(shù)，并在變頻時變頻時使載波和信號波保持同步載波和信號波保持同步?；就秸{(diào)制方式，fr 變化時N不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；三相電路中公用一個三角波載波，且取三相電路中公用一個三角波載波，且取 N

49、為為3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱；的整數(shù)倍，使三相輸出對稱；為使一相的PWM波正負半周鏡對稱，N應取奇數(shù)；fr 很低時，fc 也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除；fr 很高時，fc 會過高，使開關器件難以承受。5.4.3 消除指定諧波消除指定諧波PWMl普通的普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分量，減少電動機轉(zhuǎn)諧波分量，為降低諧波分量，減少電動機轉(zhuǎn)矩脈動，可以采用直接計算各脈沖起始與終矩脈動，可以采用直接計算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。l在在SPWM的基礎上衍生出的的基礎上衍生出的“消除指定次

50、消除指定次數(shù)諧波數(shù)諧波PWM”（SHEPWM，Selected Harmonics Elimination PWM）控制技術(shù)。）控制技術(shù)。l參見參見P131。5.4.3 消除指定諧波消除指定諧波PWM圖圖5-18 變壓變頻器輸出的相電壓變壓變頻器輸出的相電壓PWM波形波形5.4.3 消除指定諧波消除指定諧波PWMl根據(jù)根據(jù)PWM波形的傅立葉展開式波形的傅立葉展開式，要消除第，要消除第k次諧波分量，只須令次諧波分量，只須令1212( 1) cos01midkmiiUUkkkl基波幅值為所要求的電壓值基波幅值為所要求的電壓值1121 2( 1) cosmidmiiUU期望值5.4.4 電流跟蹤電流

51、跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)l電流跟蹤電流跟蹤PWM（CFPWM，Current Follow PWM）的控制方法是：在原來主回）的控制方法是：在原來主回路的基礎上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電路的基礎上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值。流快速跟隨給定值。l在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的獲得更好的性能。性能。5.4.4 電流跟蹤電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)圖圖5-19 電流滯環(huán)跟蹤控制的電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖相原理圖5.4.4 電流跟蹤電流跟蹤

52、PWM（CFPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)l電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2h。將給定電流與輸出電流進行比較，電流偏差將給定電流與輸出電流進行比較，電流偏差超過超過h時，經(jīng)滯環(huán)控制器時，經(jīng)滯環(huán)控制器HBC控制逆變器控制逆變器上（或下）橋臂的功率器件動作。上（或下）橋臂的功率器件動作。5.4.4 電流跟蹤電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)圖圖5-20 電流滯環(huán)跟蹤控制時電流滯環(huán)跟蹤控制時的三相電流波形與相電壓的三相電流波形與相電壓PWM波形波形l電流滯環(huán)跟蹤控制方電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高、響應快，法的精度高、響應快，且易于實現(xiàn)。但功率開且易于實現(xiàn)

53、。但功率開關器件的開關頻率不定。關器件的開關頻率不定。5.4.4 電流跟蹤電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)l電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的寬度有關，電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的寬度有關，同時還受到功率開關器件允許開關頻率的制同時還受到功率開關器件允許開關頻率的制約。約。l當環(huán)寬選得較大時，開關頻率低，但電流當環(huán)寬選得較大時，開關頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；波形失真較多，諧波分量高；l如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開關頻如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開關頻率卻增大了。率卻增大了。l實際使用中，應在器件開關頻率允許的前實際使用中，應在器件開關頻率允許的前提下，盡可能選擇小的環(huán)寬

54、。提下，盡可能選擇小的環(huán)寬。三相電流跟蹤型PWM逆變電路 圖6-24 三相電流跟蹤型PWM逆變電路 +-iUi*UV4+-iVi*V+-iWi*WV1V6V3V2V5UdUVWVT1VT4VT6VT2VT3VT55.4.5 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)l把逆變器和交流電動機視為一體，以圓形把逆變器和交流電動機視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標來控制逆變器的工作旋轉(zhuǎn)磁場為目標來控制逆變器的工作，這種，這種控制方法稱作控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制磁鏈跟蹤控制”，磁鏈軌跡，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現(xiàn)的，所以實現(xiàn)

55、的，所以又稱又稱“電壓空間矢量電壓空間矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制）控制”?？臻g矢量的定義空間矢量的定義l交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物交流電動機繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，理量都是隨時間變化的，如果考慮到它們所如果考慮到它們所在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量在繞組的空間位置，可以定義為空間矢量。l 定義三相定子電壓空間矢量定義三相定子電壓空間矢量 2AOjBOjCOkukuekueAOBOCOuuu32k為待定系數(shù)為待定系數(shù) 空間矢量的合成空間矢量的合成l三相合成矢量三相合成矢量2jjAOBOCOkukuekuesAOBOCOu

56、uuu圖圖5-21 電壓空間矢量電壓空間矢量000AOBOCOuuu的合成矢量的合成矢量 空間矢量的定義空間矢量的定義l定子電流空間矢量定子電流空間矢量 2jjAOBOCOkikiekiesAOBOCOiiii2jjAOBOCOkkekesAOBOCOl定子磁鏈空間矢量定子磁鏈空間矢量 空間矢量表達式空間矢量表達式 l空間矢量功率表達式空間矢量功率表達式 2222222p=Re()Re ()()()Re()s sjjjjAOBOCOAOBOCOAO AOBO BOCO COjjjBO AOCO AOAO BOjjjCO BOAO COBO COk uu eu eii ei ek u iu iu

57、 iku i eu i eu i eu i eu i eu i euiss、ii共軛矢量共軛矢量 空間矢量表達式空間矢量表達式 考慮到考慮到 0AOBOCOiii232233p =()22AO AOBO BOCO COkuiuiuik pp=AO AOBO BOCO COuiuiuil三相瞬時功率三相瞬時功率 l按空間矢量功率與三相瞬時功率相等的原則按空間矢量功率與三相瞬時功率相等的原則 23k空間矢量表達式空間矢量表達式 22()3jjAOBOCOuueuesu22()3jjAOBOCOiieiesi22()3jjAOBOCOees空間矢量表達式空間矢量表達式 l當定子相電壓為三相平衡正弦電

58、壓時，三當定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量相合成矢量112111224cos()cos()cos()33332jjmmmj tj tmsUtUteUteU eUesAOBOCOuuuu空間矢量表達式空間矢量表達式 l以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值間矢量，幅值 l在三相平衡正弦電壓供電時，若電動機轉(zhuǎn)在三相平衡正弦電壓供電時，若電動機轉(zhuǎn)速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的空間矢量速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的空間矢量的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。32smUU電壓與磁鏈空

59、間矢量的關系電壓與磁鏈空間矢量的關系 l合成空間矢量表示的定子電壓方程式合成空間矢量表示的定子電壓方程式 l忽略定子電阻壓降忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關系為磁鏈空間矢量的近似關系為dtdRssssiudtdssudtssu或或電壓與磁鏈空間矢量的關系電壓與磁鏈空間矢量的關系 l當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定當電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈矢量頂端的運動軌跡呈圓形（簡稱為矢量頂端的運動軌跡呈圓形（簡稱為磁鏈圓磁鏈圓）。）。l定子磁鏈矢量定子磁鏈矢

60、量)(1tjsesl定子電壓矢量定子電壓矢量111()()()211()jtsjtjtssdedtjeesu電壓與磁鏈空間矢量的關系電壓與磁鏈空間矢量的關系 圖圖5-22 旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運動軌跡旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運動軌跡圖圖5-23 電壓矢量圓軌跡電壓矢量圓軌跡因此，電動機旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡問題就可以轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運因此，電動機旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡問題就可以轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運動軌跡問題。動軌跡問題?？刂屏硕ㄗ与妷旱慕o定順序就能控制磁場做旋轉(zhuǎn)運動控制了定子電壓的給定順序就能控制磁場做旋轉(zhuǎn)運動將電壓矢量的參考點放在一起起點為中心點將電壓矢量的參考點放在一起起點為中心點電壓空間矢量電