運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)4.1

1、第3章 交流調(diào)速系統(tǒng)3.1 交流調(diào)速的基本概念3.1.1 交流電機(jī)的調(diào)速方式 變極對數(shù)調(diào)速變極對數(shù)調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速變頻調(diào)速變頻調(diào)速 變極對數(shù)調(diào)速變極對數(shù)調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速變轉(zhuǎn)差調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速定子調(diào)壓調(diào)速當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，如果改變定子電壓，可以使電機(jī)在不同的轉(zhuǎn)差率下運(yùn)行，從而達(dá)到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的目的。電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速串級調(diào)速 指導(dǎo)思想：將消耗于轉(zhuǎn)子電阻的功率利用起來，同時(shí)提高調(diào)速性能 。變頻調(diào)速變頻調(diào)速3.2 異步電動(dòng)機(jī)變壓、變頻調(diào)速系統(tǒng) 3.2.1 變頻調(diào)速分類按控制方法：標(biāo)量控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制標(biāo)量控制：恒壓頻比控制、轉(zhuǎn)差頻率控制矢量控制：直接磁場定向控制、間接

2、磁場定向控制3.2.2 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式變壓變頻調(diào)速的基本控制方式 在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素是：希望保持電機(jī)中每極磁通量 m 為額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。圖6-5 異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和感應(yīng)電動(dòng)勢 Us1RsLlsLlrLmRr /sIsI0Ir 異步電動(dòng)機(jī)等效電路EgEsEr 定子每相電動(dòng)勢mNs1g44. 4SkNfE （6-1） 式中：Eg 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值，單位為V； 定子頻率，單位為Hz； 定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；

3、 基波繞組系數(shù)； 每極氣隙磁通量，單位為Wb。 f1NskNsm1. 基頻以下調(diào)速 由式（6-1）可知，要保持 m 不變，當(dāng)頻率 f1 從額定值 f1N 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低 Eg ，使 1gfE常值 （6-2） 即采用恒值電動(dòng)勢頻率比的控制方式采用恒值電動(dòng)勢頻率比的控制方式。 恒壓頻比的控制方式 然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓 Us Eg，則得（6-3） 這是恒壓頻比的控制方式恒壓頻比的控制方式。常值1fUs 但是，在低頻時(shí) Us 和 Eg 都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地

4、把電壓 Us 抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降近似地補(bǔ)償定子壓降。 帶定子壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性示于下圖中的 b 線，無補(bǔ)償?shù)目刂铺匦詣t為a 線。 OUsf 1圖6-1 恒壓頻比控制特性 帶壓降補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性UsNf 1Na 無補(bǔ)償無補(bǔ)償 b 帶定子壓降補(bǔ)償帶定子壓降補(bǔ)償 機(jī)械特性曲線eTOnN0n03n02n01nN1111213131211N1圖6-4 恒壓頻比控制時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性補(bǔ) 償 定 子 壓降后的特性2. 基頻以上調(diào)速 在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率應(yīng)該從 f1N 向上升高，但定子電壓Us 卻不可能超過額定電壓UsN ，最多只能保持Us = UsN ，這將迫使磁通與頻率成反

5、比地降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。 把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一起，如下圖所示。 f1N 變壓變頻控制特性圖6-2 異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速UsUsNmNm恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速mUsf1O 機(jī)械特性曲線恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速eTOnN0nc0nb0na0nN1a1b1c1c1b1a1N1 由此可見，當(dāng)角頻率提高時(shí)，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，而形狀基本不變，如圖所示。圖6-7 基頻以上恒壓變頻調(diào)速的機(jī)械特性2. 恒 Eg / 1 控制 下圖再次繪出異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路，圖中幾處感應(yīng)電動(dòng)勢的意義如下： Eg 氣隙（或互感）磁通在

6、定子每相繞組中 的感應(yīng)電動(dòng)勢； Es 定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電 動(dòng)勢； Er 轉(zhuǎn)子全磁通在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢 （折合到定子邊）。 圖6-5 異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和感應(yīng)電動(dòng)勢 Us1RsLlsLlrLmRr /sIsI0Ir 異步電動(dòng)機(jī)等效電路EgEsEr 機(jī)械特性曲線eTOnN0n03n02n01nN1111213131211N1Temax恒 Eg /1 控制時(shí)變頻調(diào)速的機(jī)械特性3. 恒 Er / 1 控制 如果把電壓頻率協(xié)調(diào)控制中的電壓再進(jìn)一步提高，把轉(zhuǎn)子漏抗上的壓降也抵消掉，得到恒 Er /1 控制，那么，機(jī)械特性會(huì)怎樣呢？由此可寫出 sREI/rrr（6-17） 代入電磁

7、轉(zhuǎn)矩基本關(guān)系式，得 r121rpr2r2r1pe33RsEnsRsREnT（6-18） 現(xiàn)在，不必再作任何近似就可知道，這時(shí)的機(jī)械特性完全是一條直線，見圖6-6。4幾種協(xié)調(diào)控制方式的比較 綜上所述，在正弦波供電時(shí)，按不同規(guī)律實(shí)現(xiàn)電壓頻率協(xié)調(diào)控制可得不同類型的機(jī)械特性。 （1）恒壓頻比（ Us /1 = Constant ）控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械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，但低速帶載能力有些差強(qiáng)人意，須對定子壓降實(shí)行補(bǔ)償。 （2）恒Eg /1 控制是通常對恒壓頻比控制實(shí)行電壓補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到rm = Constant，從而改善了低速性能。但機(jī)械特性

8、還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。 （3）恒 Er /1 控制可以得到和直流他勵(lì)電機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通 rm 恒定進(jìn)行控制，即得 Er /1 = Constant 而且，在動(dòng)態(tài)中也盡可能保持 rm 恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標(biāo)，當(dāng)然實(shí)現(xiàn)起來是比較復(fù)雜的。小小 結(jié)結(jié)n電壓Us與頻率1是變頻器異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)獨(dú)立的控制變量，在變頻調(diào)速時(shí)需要對這兩個(gè)控制變量進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。n在基頻以下，有三種協(xié)調(diào)控制方式。采用不同的協(xié)調(diào)控制方式，得到的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能不同，其中恒Er /1控制的性能最好。n在基頻以上，采用保持電壓不變的恒功率弱磁調(diào)速方法。返回目錄返回目錄3.3 基于異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)

9、態(tài)模型的變壓基于異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的變壓 變頻調(diào)速變頻調(diào)速本節(jié)提要本節(jié)提要n轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)通通用變頻器用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)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)3.3.1 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng) 通用變頻器通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)n概述概述 現(xiàn)代通用變頻器大都是采用二極管整流和由快速全控開關(guān)器件 IGBT 組成的PWM逆變器，構(gòu)成交-直-交電壓源型變壓變頻器，已經(jīng)占領(lǐng)了全世界0.5500KVA 中、小容量變頻調(diào)速裝置的絕大部分市場

10、。 所謂“通用”，包含著兩方面的含義：（1）可以和通用的籠型異步電機(jī)配套使用；（2）具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。n系統(tǒng)介紹系統(tǒng)介紹 圖6-37繪出了一種典型的數(shù)字控制通用數(shù)字控制通用變頻器變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。 1. 系統(tǒng)組成M3電壓檢測泵升限制電流檢測溫度檢測電流檢測單片機(jī)顯示設(shè)定接口PWM發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2 2. 電路分析l主電路主電路由二極管整流器UR、PWM逆變器UI和中間直流電路三部分組成，一般都是電壓源型的，采用大電容C濾波，同時(shí)兼有無功功率交換的作用。主電路（續(xù)）u限流電阻限流電阻：為

11、了避免大電容C在通電瞬間產(chǎn)生過大的充電電流，在整流器和濾波電容間的直流回路上串入限流電阻（或電抗），通上電源時(shí)，先限制充電電流，再延時(shí)用開關(guān)K將短路，以免長期接入時(shí)影響變頻器的正常工作，并產(chǎn)生附加損耗。主電路（續(xù)）u泵升限制電路泵升限制電路由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的再生制動(dòng)提供反向電流的通路，所以除特殊情況外，通用變頻器一般都用電阻吸收制動(dòng)能量。減速制動(dòng)時(shí)，異步電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，首先通過逆變器的續(xù)流二極管向電容C充電，當(dāng)中間直流回路的電壓（通稱泵升電壓）升高到一定的限制值時(shí)，通過泵升限制電路使開關(guān)器件導(dǎo)通，將電機(jī)釋放的動(dòng)能消耗在制動(dòng)電阻上。為了便于散熱，制動(dòng)電阻器常作為附件單獨(dú)裝在變頻器

12、機(jī)箱外邊。圖6-38 三相二極管整流電路的輸入電流波形主電路（續(xù)）u進(jìn)線電抗器進(jìn)線電抗器 二極管整流器雖然是全波整流裝置，但由于其輸出端有濾波電容存在，因此輸入電流呈脈沖波形，如圖6-38所示。 這樣的電流波形具有較大的諧波分量，使電源受到污染。 為了抑制諧波電流，對于容量較大的PWM變頻器，都應(yīng)在輸入端設(shè)有進(jìn)線電抗器，有時(shí)也可以在整流器和電容器之間串接直流電抗器。還可用來抑制電源電壓不平衡對變頻器的影響。電路分析（續(xù)）l控制電路控制電路現(xiàn)代PWM變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數(shù)字電路，其功能主要是接受各種設(shè)定信息和指令，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的PWM信號，再根據(jù)它們的要

13、求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的PWM信號。微機(jī)芯片主要采用8位或16位的單片機(jī)，或用32位的DSP等?？刂齐娐罚ɡm(xù)）uPWM信號產(chǎn)生信號產(chǎn)生可以由微機(jī)本身的軟件產(chǎn)生，由PWM端口輸出，也可采用專用的PWM生成電路芯片。u檢測與保護(hù)電路檢測與保護(hù)電路各種故障的保護(hù)由電壓、電流、溫度等檢測信號經(jīng)信號處理電路進(jìn)行分壓、光電隔離、濾波、放大等綜合處理，再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，輸入給CPU作為控制算法的依據(jù)，或者作為開關(guān)電平產(chǎn)生保護(hù)信號和顯示信號。控制電路（續(xù)）u信號設(shè)定信號設(shè)定需要設(shè)定的控制信息主要有：U/f 特性、工作頻率、頻率升高時(shí)間、頻率下降時(shí)間等，還可以有一系列特殊功能的設(shè)定。由于通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)系

14、統(tǒng)是轉(zhuǎn)速或頻率開環(huán)、恒壓頻比控制系統(tǒng)，低頻時(shí)，或負(fù)載的性質(zhì)和大小不同時(shí)，都得靠改變 U / f 函數(shù)發(fā)生器的特性來補(bǔ)償，使系統(tǒng)達(dá)到恒定，甚至恒定的功能（見第6.2.2節(jié)），在通用產(chǎn)品中稱作“電壓補(bǔ)償”或“轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償”。補(bǔ)償方法 實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：n一種是在微機(jī)中存儲(chǔ)多條不同斜率和折線段的U / f 函數(shù)，由用戶根據(jù)需要選擇最佳特性；n另一種辦法是采用霍耳電流傳感器檢測定子電流或直流回路電流，按電流大小自動(dòng)補(bǔ)償定子電壓。但無論如何都存在過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)目赡?，這是開環(huán)控制系統(tǒng)的不足之處?？刂齐娐罚ɡm(xù)）u給定積分給定積分由于系統(tǒng)本身沒有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流的作用，因此，頻定設(shè)定信號必須通過給定積分算

15、法產(chǎn)生平緩升速或降速信號，升速和降速的積分時(shí)間可以根據(jù)負(fù)載需要由操作人員分別選擇。 綜上所述，PWM變壓變頻器的基本控制作用如圖6-39所示。近年來，許多企業(yè)不斷推出具有更多自動(dòng)控制功能的變頻器，使產(chǎn)品性能更加完善，質(zhì)量不斷提高。控制電路（續(xù)）tff *ufu斜坡函數(shù)U / f 曲線脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路工作頻率設(shè)定升降速時(shí)間設(shè)定電壓補(bǔ)償設(shè)定PWM產(chǎn)生圖6-39 PWM變壓變頻器的基本控制作用 3.3.2轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)0. 問題的提出問題的提出 前節(jié)所述的轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足平滑調(diào)速的要求，但靜、動(dòng)態(tài)性能都有限，要提高靜、動(dòng)態(tài)

16、性能，首先要用轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性比開環(huán)系統(tǒng)強(qiáng)，這是很明顯的，但是，是否能夠提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能呢？還得進(jìn)一步探討一下。 電力傳動(dòng)的基本控制規(guī)律 我們知道，任何電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)都服從于基本運(yùn)動(dòng)方程式 提高調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能主要依靠控制轉(zhuǎn)速的變化率 d / dt ，根據(jù)基本運(yùn)動(dòng)方程式，控制電磁轉(zhuǎn)矩就能控制 d / dt ，因此，歸根結(jié)底，調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能就是控制轉(zhuǎn)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能就是控制轉(zhuǎn)矩的能力矩的能力。tnJTTddpLe 在異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，需要控制的是電壓（或電流）和頻率，怎樣能夠通過控制電壓（電流）和頻率來控制電磁轉(zhuǎn)矩，這是尋求提高動(dòng)態(tài)性能時(shí)需要解決的問

17、題。 1. 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，控制電流就能控制轉(zhuǎn)矩，因此，把直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號當(dāng)作電流給定信號，也就是轉(zhuǎn)矩給定信號。在交流異步電機(jī)中，影響轉(zhuǎn)矩的因素較多，控制異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩的問題也比較復(fù)雜。將 按照第6.2.2節(jié)恒 Eg /1 控制（即恒 m 控制）時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩公式（6-12）重寫為 2 r2122 rr121gpe3lLsRRsEnT（6-12） mNss1mNss1mNss1g21244. 444. 4kNkNkNfE代入上式，得 2 r2122 rr12m2Ns2spe23lLsRRskNnT（6-59） 令 s = s1 ，并定義

18、為轉(zhuǎn)差角頻率； ，是電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)； 2Ns2spm23kNnK則 當(dāng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，s 值很小，因而 s也很小，只有1的百分之幾，可以認(rèn) 為 s Llr Rr ，則轉(zhuǎn)矩可近似表示為2rs2 rrs2mme)(lLRRKT rs2mmeRKT（6-61） 式（6-61）表明，在s 值很小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙磁通m不變，異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率s 成正比。這就是說，在異步電機(jī)中控制s ，就和直流電機(jī)中控制電流一樣，能夠達(dá)到間接控制轉(zhuǎn)矩的目的。n控制轉(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就控制轉(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。2. 基于異步電

19、機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律 上面分析所得的轉(zhuǎn)差頻率控制概念是在轉(zhuǎn)矩近似公式（6-61）上得到的，當(dāng)s 較大時(shí)，就得采用式（6-12）的精確轉(zhuǎn)矩公式，把這個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（即機(jī)械特性） 畫在下圖，)(sefT 可以看出：n在s 較小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行段上，轉(zhuǎn)矩 Te基本上與s 成正比，n當(dāng)Te 達(dá)到其最大值Temax 時(shí)，s 達(dá)到smax值。smaxsmTemaxTemsTe0圖6-40 按恒m值控制的 Te=f (s ) 特性 n對于式（6-12），取 dTe / ds = 0 可得 rrrrmaxsllLRLRr2mmmaxe2lLKT（6-63） （6-62） 在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，只要給s 限幅，使

20、其限幅值為 rrmaxssmlLR（6-64） 就可以基本保持 Te與s 的正比關(guān)系，也就可以用轉(zhuǎn)差頻率控制來代表轉(zhuǎn)矩控制。這這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之一。是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之一。 上述規(guī)律是在保持m恒定的前提下才成立的，于是問題又轉(zhuǎn)化為，如何能保持m 恒定？我們知道，按恒 Eg/1 控制時(shí)可保持m恒定。在上圖的等效電路中可得： 11gs1ssgs1sss)()(ELjRIELjRIUll（6-65） 由此可見，要實(shí)現(xiàn)恒 Eg/1控制，須在Us/1 = 恒值的基礎(chǔ)上再提高電壓 Us 以補(bǔ)償定子電流壓降。 如果忽略電流相量相位變化的影響，不同定子電流時(shí)恒 Eg/1 控制所需的電壓-頻率特

21、性 Us = f (1, Is) 如下圖所示。圖6-41 不同定子電流時(shí)恒控制所需的電壓-頻率特性1OsUUs /1=Const.Eg/1=Const.定子電流增大的趨勢 上述關(guān)系表明，只要 Us 和1及 Is 的關(guān)系符合上圖所示特性，就能保持 Eg/1 恒定，也就是保持 m 恒定。這是轉(zhuǎn)差頻率這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之二。控制的基本規(guī)律之二。 總結(jié)起來，轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是：（1）在 s sm 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩 Te 基本上與 s 成正比，條件是氣隙磁通不變。（2）在不同的定子電流值時(shí)，按上圖的函數(shù)關(guān)系 Us = f (1 , Is) 控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通m恒定。3. 轉(zhuǎn)差頻

22、率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)n系統(tǒng)組成n控制原理n性能評價(jià)系統(tǒng)組成sUsIF BS電壓型逆變器PWMM3 ASRs11saUsbUscU圖6-42 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 控制原理 實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖所示。n頻率控制頻率控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號是轉(zhuǎn)差頻率給定 s* ，與實(shí)測轉(zhuǎn)速信號 相加，即得定子頻率給定信號 1* ，即 *1*s（6-66） n電壓控制電壓控制由 1和定子電流反饋信號 Is 從微機(jī)存儲(chǔ)的 Us = f (1 , Is) 函數(shù)中查得定子電壓給定信號 Us* ，用 Us* 和 1* 控制PWM電壓型逆變器，

23、即得異步電機(jī)調(diào)速所需的變壓變頻電源。 性能評價(jià) 式（6-66）所示的轉(zhuǎn)差角頻率 s*與實(shí)測轉(zhuǎn)速信號 相加后得到定子頻率輸入信號 1* 這一關(guān)系是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)突出的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)。它表明，在調(diào)速過程中，實(shí)際頻率1隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速 同步地上升或下降，有如水漲而船高，因此加、減速平滑而且穩(wěn)定。性能評價(jià)（續(xù)） 同時(shí)，由于在動(dòng)態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)能用對應(yīng)于 sm 的限幅轉(zhuǎn)矩Tem 進(jìn)行控制，保證了在允許條件下的快速性。性能評價(jià)（續(xù)） 由此可見，轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠象直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)那樣具有較好的靜、動(dòng)態(tài)性能，是一個(gè)比較優(yōu)越的控制策略，結(jié)構(gòu)也不算復(fù)雜。 然而，它的

24、靜、動(dòng)態(tài)性能還不能完全達(dá)到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個(gè)方面：性能評價(jià)（續(xù)） （1）在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時(shí)，是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 m恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動(dòng)態(tài)中 m如何變化還沒有深入研究，但肯定不會(huì)恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)性能。性能評價(jià)（續(xù)）（2）Us = f (1 , Is) 函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動(dòng)態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。 性能評價(jià)（續(xù)）（3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取 1 = s + ，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測信

25、號不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會(huì)直接給頻率造成誤差，因?yàn)樗羞@些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。返回目錄返回目錄6.6 異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換 本節(jié)提要n問題的提出n異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)n三相異步電動(dòng)機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型n坐標(biāo)變換和變換矩陣n三相異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型n三相異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程 6.6.0 問題的提出問題的提出 前節(jié)論述的基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)雖然能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，但是，如果遇到軋鋼機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、載客電梯等需要高動(dòng)態(tài)性能的調(diào)速系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)

26、，就不能完全適應(yīng)了。要實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能的系統(tǒng)，必須首先認(rèn)真研究異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。 6.6.1 異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)1. 直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì) 直流電機(jī)的磁通由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生，可以在電樞合上電源以前建立起來而不參與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程（弱磁調(diào)速時(shí)除外），因此它的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型只是一個(gè)單輸入和單輸出系統(tǒng)。直流電機(jī)直流電機(jī)模型模型Udnl 直流電機(jī)模型變量和參數(shù)n輸入變量電樞電壓 Ud ；n輸出變量轉(zhuǎn)速 n ；n控制對象參數(shù)：p機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm ；p電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) Tl ；p電力電子裝置的滯后時(shí)間常數(shù) Ts 。l 控制理論和方法 在工程上能夠允許的一些假定條件下，可以描述成單變量（單輸入單輸出）的三階線性系統(tǒng)，完全可以應(yīng)用經(jīng)典的線性控制理論和由它發(fā)展出來的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。 但是，同樣的理論和方法用來分析與設(shè)計(jì)交流調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，就不那么方便了，因?yàn)榻涣麟姍C(jī)的數(shù)學(xué)模型和直流電機(jī)模型相比有著本質(zhì)上的