交流調(diào)頻調(diào)速

1、籠型異步電機變頻調(diào)速籠型異步電機變頻調(diào)速（VVVF系統(tǒng)）系統(tǒng)）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)第第 5.3 章章異步機的定子變壓變頻調(diào)速異步機的定子變壓變頻調(diào)速, ,簡稱變頻調(diào)速簡稱變頻調(diào)速 VVVFVVVF調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍寬, , 轉(zhuǎn)差功率小轉(zhuǎn)差功率小, ,效率高效率高能實現(xiàn)高動態(tài)性能能實現(xiàn)高動態(tài)性能-與直流調(diào)速比美與直流調(diào)速比美現(xiàn)在應(yīng)用面很廣現(xiàn)在應(yīng)用面很廣 壓頻控制E=4.44fE=4.44f1 1N N1 1Kw Kw m m基頻基頻f fN N以下恒磁以下恒磁mm調(diào)壓調(diào)壓 UEf1UEf1 - -電勢頻率協(xié)調(diào)控制電勢頻率協(xié)調(diào)控制 Tem=CmTem=Cm m mI I2

2、2coscos2 2-基本恒轉(zhuǎn)矩特性基本恒轉(zhuǎn)矩特性 基頻以上恒壓減磁基頻以上恒壓減磁 P P1 1=1.732U=1.732U1 1I I1 1coscos1 1-基本恒功率特性基本恒功率特性-同直流機同直流機,/)4/3()/55. 9(,)/55. 9(,/2/244. 4)/()/(3)/(3/22p11p111221221p21pp1rmspmsmmrrmmmmmmmemmwrrrrememLNnTnnnnnnLRnnnnTTTkNfEsRLrsREnsRInnPT代入恒氣隙恒氣隙m m機械特性機械特性特點特點: :恒磁時恒磁時 nnnnm m 時時T Temem正變于正變于nn -

3、-常用的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式常用的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)方式定轉(zhuǎn)子恒磁機械特性定轉(zhuǎn)子恒磁機械特性定子定子s=Es/(4.44fs=Es/(4.44f1 1N N1 1Kw)Kw)恒磁時恒磁時 代換代換LrLrLk=Lr+LsLk=Lr+Ls 機械特性公式不變機械特性公式不變, ,但但nnm m與與TmTm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子r=Er/(4.44fr=Er/(4.44f1 1N N1 1Kw)Kw)恒磁時恒磁時 代換代換LrLr0 0 Tem=C Tem=Crr2 2nn同直流機同直流機 C=1.5nC=1.5np p2 2N N1 12 2/(9.55Rr)/(9.55Rr)電機常數(shù)電機常數(shù)恒磁恒磁Tem只與只與(n)有關(guān)有關(guān)

4、調(diào)速過程調(diào)速過程 Ps=sPem=s(nPs=sPem=s(n1 1/9.55)Tem=Temn/9.55/9.55)Tem=Temn/9.55 即即Tem不變不變則則轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率Ps不變不變,與與n無關(guān)無關(guān). -轉(zhuǎn)差功率不變轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速型調(diào)速變頻器：交-直-交PWM主電路結(jié)構(gòu)簡單主電路結(jié)構(gòu)簡單; ;開關(guān)頻率高開關(guān)頻率高, , 動態(tài)響應(yīng)快動態(tài)響應(yīng)快; ; 電機低頻諧波小轉(zhuǎn)矩脈動小電機低頻諧波小轉(zhuǎn)矩脈動小; ; 但大電壓脈沖產(chǎn)生繞組匝間電容漏電流損耗、噪聲與但大電壓脈沖產(chǎn)生繞組匝間電容漏電流損耗、噪聲與電磁干擾。電磁干擾。 廣泛用于中小容量異步機調(diào)速廣泛用于中小容量異步機調(diào)速變頻器-交

5、直交PWM注：注：1 1 交流側(cè)電感濾波：交流側(cè)電感濾波： 抑制電流尖脈沖諧波抑制電流尖脈沖諧波2 2 電容初充電用電容初充電用RoRo作限流作限流 充電完成后充電完成后K K通。通。3 3 電容電容C C電壓泵升時用電壓泵升時用Rb(Rb(裝在機箱外裝在機箱外) )放電放電 開環(huán)變頻調(diào)速開環(huán)變頻調(diào)速動靜性能要求不高的機械例如風(fēng)機和水泵動靜性能要求不高的機械例如風(fēng)機和水泵可開環(huán)變頻調(diào)速可開環(huán)變頻調(diào)速 靜差率靜差率5%5% 一般用壓頻協(xié)調(diào)控制來恒磁一般用壓頻協(xié)調(diào)控制來恒磁 就是常用的通用變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)。就是常用的通用變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)。通用變頻器主要用于開環(huán)調(diào)速主要用于開環(huán)調(diào)速, ,有的也配

6、閉環(huán)接口有的也配閉環(huán)接口“通用通用”含義：含義：（1 1）可配套通用的籠型異步電機；）可配套通用的籠型異步電機；（2 2）具有多種功能與參數(shù)選擇）具有多種功能與參數(shù)選擇 適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。用用IGBT IGBT 或功率模塊或功率模塊IPM ,IPM ,交交- -直直- -交交PWMPWM已占全世界已占全世界0.50.5500kVA 500kVA 中、小容量變頻調(diào)速裝中、小容量變頻調(diào)速裝置的絕大部分市場。置的絕大部分市場。數(shù)字通用變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)字通用變頻器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電路分析（續(xù)）控制電路控制電路微處理器為核心微處理器為核心的數(shù)字電路的數(shù)字電路含含: :PWMPW

7、M信號電路信號電路檢測與保護電路檢測與保護電路信號設(shè)定信號設(shè)定 給定積分給定積分 限制給定上升率限制給定上升率, ,間接限制起制動電流間接限制起制動電流基本控制結(jié)構(gòu)（續(xù)）tff *ufu斜坡函數(shù)U / f 曲線脈沖發(fā)生器驅(qū)動電路工作頻工作頻率給定率給定給定積給定積分設(shè)定分設(shè)定壓頻協(xié)調(diào)控制壓頻協(xié)調(diào)控制基頻以下基頻以下 加恒磁補償加恒磁補償基頻以上恒壓基頻以上恒壓 PWM產(chǎn)生圖5-40 PWM變壓變頻器的基本控制作用 通用變頻器閉環(huán)調(diào)速閉環(huán)的靜態(tài)性能較好閉環(huán)的靜態(tài)性能較好注：通用變頻器自動限制變頻的速率，因此：注：通用變頻器自動限制變頻的速率，因此：（1 1）由于壓頻協(xié)調(diào)控制也限制了電壓上升率，從

8、而可限制電）由于壓頻協(xié)調(diào)控制也限制了電壓上升率，從而可限制電機電流。系統(tǒng)也只需單閉環(huán)。機電流。系統(tǒng)也只需單閉環(huán)。（2 2）系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)不快）系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)不快5.5.2 轉(zhuǎn)差控制的閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差控制的閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)靜特性較理想；為提高系統(tǒng)的動態(tài)性能轉(zhuǎn)速閉環(huán)靜特性較理想；為提高系統(tǒng)的動態(tài)性能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿直流調(diào)速 : : ASR ASR通過轉(zhuǎn)矩控制來調(diào)速通過轉(zhuǎn)矩控制來調(diào)速1 1 轉(zhuǎn)矩控制：由穩(wěn)態(tài)機械特性：轉(zhuǎn)矩控制：由穩(wěn)態(tài)機械特性：如果如果mm恒定恒定 且且m m 則則 Tem“Tem“ - -通過轉(zhuǎn)差通過轉(zhuǎn)差( (頻率頻率) )來控制轉(zhuǎn)矩來控制轉(zhuǎn)矩2 2 恒磁控制恒磁

9、控制m I0 ,恒流恒流I0 恒磁恒磁srrrrmsrrsrrmrrsmsfRLRLLIIRLjsIRLLjsIsRLjIILjIE122 222 2201101010)()()()()/)(即電流即電流頻差協(xié)調(diào)控制也可恒磁頻差協(xié)調(diào)控制也可恒磁 注注:恒磁則調(diào)頻過程仍有壓頻協(xié)調(diào)變化恒磁則調(diào)頻過程仍有壓頻協(xié)調(diào)變化: UE=4.44f1N1Kw mf 13. 3. 轉(zhuǎn)差控制的閉環(huán)調(diào)頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)差控制的閉環(huán)調(diào)頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(1)(1)轉(zhuǎn)差給定轉(zhuǎn)差給定-等效轉(zhuǎn)矩給定等效轉(zhuǎn)矩給定電流電流- -轉(zhuǎn)差協(xié)調(diào)控制轉(zhuǎn)差協(xié)調(diào)控制 -實現(xiàn)恒磁實現(xiàn)恒磁電流電流(幅值）幅值）閉環(huán)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類似直流N

10、-IN-I雙閉環(huán)雙閉環(huán) -控制了穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩，動態(tài)性能提高?？刂屏朔€(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩，動態(tài)性能提高。電流環(huán)不僅可恒磁，還可限流。電流環(huán)不僅可恒磁，還可限流。 -早期交流調(diào)速系統(tǒng)常用早期交流調(diào)速系統(tǒng)常用轉(zhuǎn)速環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)由壓頻由壓頻給定產(chǎn)給定產(chǎn)生電壓生電壓PWMPWM波波轉(zhuǎn)差控制的閉環(huán)調(diào)頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）由由I Is s*與與1 1*通過正弦波發(fā)生器產(chǎn)生三相電流給定通過正弦波發(fā)生器產(chǎn)生三相電流給定i iabcabc* *由三個電流環(huán)直接由三個電流環(huán)直接PWMPWM控制控制i iabcabc同時控幅值與頻率同時控幅值與頻率，響應(yīng)更快。響應(yīng)更快。電流幅相閉環(huán)電流幅相閉環(huán)性能評價性能評價轉(zhuǎn)差控制的閉環(huán)調(diào)頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差控

11、制的閉環(huán)調(diào)頻調(diào)速系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)類似直流結(jié)構(gòu)類似直流N-IN-I雙閉環(huán)雙閉環(huán) 控制策略與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單控制策略與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單 靜態(tài)性能良好靜態(tài)性能良好 動態(tài)性能較好動態(tài)性能較好-但低于直流雙閉環(huán)系統(tǒng)但低于直流雙閉環(huán)系統(tǒng)性能評價（續(xù)）性能評價（續(xù)）動態(tài)性能不佳動態(tài)性能不佳原因原因: :（1 1）控制依據(jù)是電機）控制依據(jù)是電機穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)磁場與轉(zhuǎn)矩磁場與轉(zhuǎn)矩 而控制過程而控制過程I, I, 變化時存在過渡階段變化時存在過渡階段 期間實際期間實際m,Temm,Tem下降或波動下降或波動, ,使動態(tài)性能降低使動態(tài)性能降低. .(2) (2) 恒磁模型有實際參數(shù)偏差恒磁模型有實際參數(shù)偏差, ,影響恒磁效果影響恒磁