交流傳機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)課件

1、第五章交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)控制系統(tǒng)第1頁(yè)，共86頁(yè)。第一節(jié)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)主電路第2頁(yè)，共86頁(yè)。主要內(nèi)容交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展綜述交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)主電路的組成交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的技術(shù)分類(lèi)交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)牽引特性典型交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)主電路工作原理交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)新技術(shù)及其發(fā)展方向第3頁(yè)，共86頁(yè)。一、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展第4頁(yè)，共86頁(yè)。一、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。第5頁(yè)，共86頁(yè)。一、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)

2、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等第6頁(yè)，共86頁(yè)。一、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等第7頁(yè)，共86頁(yè)。一、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間

3、、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等第8頁(yè)，共86頁(yè)。一、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展綜述運(yùn)輸?shù)男枨蟾鞣N限制交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)發(fā)展交流電機(jī)的特點(diǎn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展安全性、實(shí)用性、可靠性、靈活性、舒適性越高越好；費(fèi)用越低越好。地域規(guī)范、供電制式、空間、體積、重量、技術(shù)水平、工藝水平的限制等單位體積重量的功率大、可靠性好、易維護(hù)等電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、新材料、新工藝等滿足運(yùn)輸?shù)男枨蟪浞掷眯录夹g(shù)利用新材料采用新工藝第9頁(yè)，共86頁(yè)。二、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的主要組成動(dòng)力制動(dòng)模塊空氣系統(tǒng)模塊 輔助變頻器 主變頻器及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊通訊模塊 電子

4、設(shè)備 牽引變頻器 逆變器 (電流源型、電壓源型、PMW)電機(jī)同步電機(jī)、異步電機(jī)設(shè)備與功率器件第10頁(yè)，共86頁(yè)。交流傳動(dòng)系統(tǒng)主電路變速箱0,98異步電機(jī)0,95逆變器0,99整流器0,98牽引變壓器0,941000kW1020kW1074kW1085kW1107kW25000V第11頁(yè)，共86頁(yè)。交直與交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)主電路比較變速箱異步電機(jī)逆變器整流器牽引變壓器1085kW25000V變速箱直流電機(jī)整流器牽引變壓器25000V濾波電抗器勵(lì)磁繞組交直傳動(dòng)機(jī)車(chē)主電路交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)主電路第12頁(yè)，共86頁(yè)。三、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的技術(shù)分類(lèi)核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓

5、器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第13頁(yè)，共86頁(yè)。三、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的技術(shù)分類(lèi)核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風(fēng)技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)第14頁(yè)，共86頁(yè)。三、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)的技術(shù)分類(lèi)核心層技術(shù)輔助層技術(shù)相關(guān)層技術(shù)牽引變頻器技術(shù)、交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)、牽引變壓器技術(shù)、變頻控制及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)冷卻與通風(fēng)技術(shù)、輔助變流器技術(shù)控制電源技術(shù)、保護(hù)技術(shù)、電磁兼容與布線技術(shù)司機(jī)臺(tái)操縱技術(shù)、車(chē)體輕量化技術(shù)轉(zhuǎn)向架技術(shù)、空氣制動(dòng)技術(shù)高壓測(cè)檢測(cè)技術(shù)第15頁(yè)，共86頁(yè)。本講課要解決的問(wèn)題1 變頻調(diào)速異步電機(jī)如何控制能

6、滿足機(jī)車(chē)牽引的要求？2 牽引逆變器如何控制能滿足牽引電機(jī)對(duì)機(jī)車(chē)牽引的要求？機(jī)車(chē)牽引特性有哪些要求？第16頁(yè)，共86頁(yè)。 四、機(jī)車(chē)牽引特性機(jī)車(chē)牽引特性要求：1、能產(chǎn)生足夠大的牽引力2、能方便廣泛調(diào)節(jié)速度3、有較高的過(guò)載能力4、充分發(fā)揮機(jī)車(chē)功率5、先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)第17頁(yè)，共86頁(yè)。交流電機(jī)（異步）的矩速特性 第18頁(yè)，共86頁(yè)。關(guān)鍵問(wèn)題：?第19頁(yè)，共86頁(yè)。1、異步電機(jī)變頻調(diào)速特性分析（1） 變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)參數(shù)變化為： 第20頁(yè)，共86頁(yè)。（2）用 表示的力矩公式M第21頁(yè)，共86頁(yè)。恒壓頻比時(shí)最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系曲線第22頁(yè)，共86頁(yè)。（3） 用 表示的力矩公式第23頁(yè)，共8

7、6頁(yè)。結(jié)論：當(dāng) 第24頁(yè)，共86頁(yè)。3、機(jī)車(chē)牽引中異步電機(jī)的運(yùn)行特性（1） 恒力矩起動(dòng) 采用恒壓頻比控制 低頻時(shí)適當(dāng)提高電壓，抵消定子繞組內(nèi)阻的影響。 采用恒磁通控制電機(jī)各參數(shù)與頻率的關(guān)系：第25頁(yè)，共86頁(yè)。(2) 恒功率運(yùn)行 恒功率1：恒功率2：第26頁(yè)，共86頁(yè)。第一種恒功率的特點(diǎn)：最小逆變器，最大電機(jī) 恒功率1：第27頁(yè)，共86頁(yè)。第二種恒功的特點(diǎn)：最大逆變器，最小電機(jī)恒功率2：第28頁(yè)，共86頁(yè)。 五、典型交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)主電路工作第29頁(yè)，共86頁(yè)。法國(guó) TGV 、西班牙AVE機(jī)車(chē)主電路（同步電機(jī)）勵(lì)磁第30頁(yè)，共86頁(yè)。韓國(guó) TGV機(jī)車(chē)主電路（同步電機(jī)）勵(lì)磁第31頁(yè)，共86頁(yè)。電流型

8、逆變器 (異步電機(jī))第32頁(yè)，共86頁(yè)。GTO 電壓型逆變器(歐洲之星 TGV )第33頁(yè)，共86頁(yè)。每一個(gè)動(dòng)車(chē)一臺(tái)逆變器，同時(shí)為4臺(tái)異步電機(jī)供電典型的地鐵牽引變頻器MACMACMACMAC第34頁(yè)，共86頁(yè)。MRE_2563_FR BH(O-M)DJ(M)CA2(I)TFPH(O-C)DJ(C)ONDCA2(I)-ONDCA1(I)-ONDM1PT2(15kV DB)PT1(25kV &15kV CFF)TFI-QL(M)SF-FI-50C(IS)FI-50CAP-FI-50H3-FIRHC(IS)PMCF1C(IS)E(C)R(PC)E(C)C(PC)E(C)CVS-AUX sur ess

9、ieux 1 et 3C(IS)PMCF2Essieu 4Essieu 3Essieu 23 x 1 mFx 3C(PC)FI-50H(O-15)Palpage avecclateurPF(C)R(PC)FI-50PF(M)E-TFPCA(I)DIFFCA(U)ECCA(U)PMCF3 x 1,33 mFCAP-ONDCC-FI-50CA2(I)PMCFSF1-HACHSF2-HACHH-INV-CONTH-INV-15H-15H-CONTCA(I)RHR(DC)CAP-ONDCAP-2FR(DC)CAP-2FOND-RHPMCFC(PC)PMCFR(PC)PMCFOption Filtre

10、50HzOptions non reprsentes :- ChauffagePT4(1,5kV &3kV SNCB)Nota sur les pantographes pour le fonctionnement sous 3kV :- Sur le dmonstrateur, en configuration 3 pantographes, onutilisera uniquement le pantographe 3 (PT3) avec un archet adaptaux essais ralissH2-FIH1-FISF1-FISF2-FICA1(I)TFPTFI-50R(DC)C

11、AP-FI-507,2 mH7,2 mH2,835 mH2,835 mH10 mH1 mFPT3(3kV FS)CA1(I)PMCF50 ?50 ?50 ?3,7 ?適用于4種電壓供電的機(jī)車(chē)牽引變頻器 (25Kv/15kV, = 3kV/1,5kV)第35頁(yè)，共86頁(yè)。DJ(C)DJ(M)EcrteurC(ALI)FIR(ALI)FISF1-FISF2-FIH-FI-XXSF-FI-XXCAP-FI-XXX 3=380 VM1AUXPMCFONDC(PC)PMCFR(PC)PMCFCAP-PMCFCAP-ONDRH1CA(I)PMCFCA(U)PMCFCA(U)ONDFTR - 17/08/1

12、998Rev E - Page 2PalpageH(O-M)CA(U)1/2-ONDH(O-C)CA1(I)TFPCA2(I)TFPCA(U)1/3-ONDCA(I)1-ONDCA(I)2-ONDQ1L(M)H-2FC(IS)E(C)SF2-2F-FISF1-2F-FIH4-PMCFC(PC)E(C)R(PC)E(C)CAP-2FC(PC)PMCF牽引變頻器 3種電壓供電的機(jī)車(chē) (25Kv/15kV, =1,5kV)第36頁(yè)，共86頁(yè)。六、交流傳動(dòng)機(jī)車(chē)新技術(shù)大功率電力電子器件交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制規(guī)則與控制理論列車(chē)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)列車(chē)控制系統(tǒng)軟件e化列車(chē)（ eTrain ）eTrain 監(jiān)控系統(tǒng)音頻系統(tǒng)車(chē)地

13、通訊新技術(shù)典型的司機(jī)室無(wú)線通訊技術(shù)第37頁(yè)，共86頁(yè)。第二節(jié)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)第38頁(yè)，共86頁(yè)。變頻調(diào)速控制系統(tǒng)第39頁(yè)，共86頁(yè)。 引 言 直流電機(jī)的主磁通和電樞電流分布的空間位置是確定的，而且可以獨(dú)立進(jìn)行控制，交流異步電機(jī)的磁通則由定子與轉(zhuǎn)子電流合成產(chǎn)生，它的空間位置相對(duì)于定子和轉(zhuǎn)子都是運(yùn)動(dòng)的，除此以外，在籠型轉(zhuǎn)子異步電機(jī)中，轉(zhuǎn)子電流還是不可測(cè)和不可控的。因此，異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型要比直流電機(jī)模型復(fù)雜得多，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，人們對(duì)它的精確表述不得要領(lǐng)。第40頁(yè)，共86頁(yè)。好在不少機(jī)械負(fù)載，例如風(fēng)機(jī)和水泵，并不需要很高的動(dòng)態(tài)性能，只要在一定范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)高效率的調(diào)速就行，因此可以只

14、用電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型來(lái)設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。 為了實(shí)現(xiàn)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制，可以采用轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?，這就是常用的通用變頻器控制系統(tǒng)。第41頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)型控制系統(tǒng)電壓/頻率比控制是控制定子電壓和定子頻率，使定子電壓以一定的函數(shù)關(guān)系跟蹤定子頻率的變化，從而在調(diào)頻調(diào)速過(guò)程中近似地保持電機(jī)氣隙磁通不變的一種控制方法。中間直流電壓可調(diào)的電壓型逆變器異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路由基準(zhǔn)部分、整流器控制部分和逆變器控制部分組成。第42頁(yè)，共86頁(yè)。1、基準(zhǔn)部分2、整流器控制部分3、逆變器控制部分第43頁(yè)，共86頁(yè)。電壓/頻率比控制，無(wú)法控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率，對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)由同一臺(tái)逆變

15、器供電的情況，各臺(tái)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率一般是不同的，即使同一臺(tái)異步電機(jī)，轉(zhuǎn)差頻率的大小也是隨負(fù)載的大小而變化的。是一種頻率（轉(zhuǎn)速）的開(kāi)環(huán)控制，并不能對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確的控制。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)型控制系統(tǒng)第44頁(yè)，共86頁(yè)。如果變頻調(diào)速系統(tǒng)長(zhǎng)期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)而不需要頻繁起動(dòng)和制動(dòng)；或者負(fù)載特性比較固定，基本上不需要因電機(jī)特性差異而進(jìn)行調(diào)整的一類(lèi)負(fù)載（風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能調(diào)速），可以采用電壓閉環(huán)、轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)型控制系統(tǒng)第45頁(yè)，共86頁(yè)。電壓/頻率比控制時(shí)的各種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性通常是以轉(zhuǎn)差頻率為恒坐標(biāo)給出的。電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性第46頁(yè)，共86頁(yè)。電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性第47頁(yè)，共86頁(yè)。電

16、壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性第48頁(yè)，共86頁(yè)。6.5.1 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng) 通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)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(kāi)關(guān)器件 IGBT 或功率模塊IPM 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(chǎng)。第49頁(yè)，共86頁(yè)。 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。 下頁(yè)圖繪出了一種典型的數(shù)字控制通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。第50頁(yè)，共86頁(yè)。 1. 系統(tǒng)組成M3電壓檢

17、測(cè)泵升限制電流檢測(cè)溫度檢測(cè)電流檢測(cè)單片機(jī)顯示設(shè)定接口PWM發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2第51頁(yè)，共86頁(yè)。 2. 電路分析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(wú)功功率交換的作用。第52頁(yè)，共86頁(yè)。主電路（續(xù)）限流電阻：為了避免大電容C在通電瞬間產(chǎn)生過(guò)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(kāi)關(guān)K將短路，以免長(zhǎng)期接入時(shí)影響變頻器的正常工作，并產(chǎn)生附加損耗。第53頁(yè)，共86頁(yè)。主電路（續(xù)）泵升限制電路由于二極管整流器不能

18、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(guò)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(chēng)泵升電壓）升高到一定的限制值時(shí)，通過(guò)泵升限制電路使開(kāi)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)裝在變頻器機(jī)箱外邊。第54頁(yè)，共86頁(yè)。 二極管整流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(duì)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(lái)抑制電源電壓不平衡對(duì)變頻器的影響。第55頁(yè)，

19、共86頁(yè)。電路分析（續(xù)）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(hào)，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的PWM信號(hào)。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，現(xiàn)在已有應(yīng)用RISC的產(chǎn)品出現(xiàn)。第56頁(yè)，共86頁(yè)?？刂齐娐罚ɡm(xù)）PWM信號(hào)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(zhuān)用的PWM生成電路芯片。檢測(cè)與保護(hù)電路各種故障的保護(hù)由電壓、電流、溫度等檢測(cè)信號(hào)經(jīng)信號(hào)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

20、據(jù)，或者作為開(kāi)關(guān)電平產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)和顯示信號(hào)。第57頁(yè)，共86頁(yè)。控制電路（續(xù)）信號(hào)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)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)速或頻率開(kāi)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(lái)補(bǔ)償，使系統(tǒng)達(dá)到恒定，甚至恒定的功能（見(jiàn)第6.2.2節(jié)），在通用產(chǎn)品中稱(chēng)作“電壓補(bǔ)償”或“轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償”。第58頁(yè)，共86頁(yè)。補(bǔ)償方法 實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ袃煞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；另一種辦法是采用霍耳電

21、流傳感器檢測(cè)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(wú)論如何都存在過(guò)補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)目赡埽@是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的不足之處。第59頁(yè)，共86頁(yè)?？刂齐娐罚ɡm(xù)）給定積分由于系統(tǒng)本身沒(méi)有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流的作用，因此，頻定設(shè)定信號(hào)必須通過(guò)給定積分算法產(chǎn)生平緩升速或降速信號(hào)，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下頁(yè)圖所示。近年來(lái)，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。第60頁(yè)，共86頁(yè)?？刂齐娐罚ɡm(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)

22、償設(shè)定PWM產(chǎn)生圖6-39 PWM變壓變頻器的基本控制作用 第61頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)為克服U/f恒定的轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能，可采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的變頻調(diào)速系統(tǒng)，由電力傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程可知，轉(zhuǎn)速的控制可通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T 控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，基于此思路，提出了轉(zhuǎn)差頻率控制方式。第62頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理第63頁(yè)，共86頁(yè)。由三相電機(jī)一相等值電路圖可知，轉(zhuǎn)子電流為定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為式中，轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理第64頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理又因?yàn)檗D(zhuǎn)差角頻率將（2）（3）帶入轉(zhuǎn)子電流I2的表達(dá)式，可得電磁功率 第65頁(yè)，共

23、86頁(yè)。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理電磁轉(zhuǎn)矩式中式（6）說(shuō)明在電動(dòng)機(jī)的參數(shù) 為常數(shù)，且當(dāng)磁通 為常數(shù)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩僅和轉(zhuǎn)差角頻率有關(guān)，對(duì)應(yīng)的曲線如下：第66頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理第67頁(yè)，共86頁(yè)。對(duì)式（6）求導(dǎo)，并令可求出 與 無(wú)關(guān)， 與 成正比如果wsl較小， 則可忽略 ，式(6)簡(jiǎn)化為 如圖中虛線所示轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理第68頁(yè)，共86頁(yè)?？梢?jiàn)，當(dāng)m 一定時(shí)，則電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)差角頻率wsl成正比，這與直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性Tf（Ia）十分相似，即對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)在wslwslm范圍內(nèi)，如果保持m 一定，就可以像直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)用Ia控制T那樣控制wsl來(lái)控制電磁轉(zhuǎn)矩，這是轉(zhuǎn)差頻率控制的

24、基本原理。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理第69頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)差控制系統(tǒng)中控制氣隙磁通恒定的方法有直接控制和間接控制兩種。直接控制氣隙磁通的方法是用檢測(cè)線圈或霍爾片檢測(cè)氣隙磁通，以此為反饋量進(jìn)行閉環(huán)控制，而間接控制氣隙磁通的方法則是通過(guò)控制定子電流或定子電壓以控制勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流恒定則氣隙磁通恒定。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理第70頁(yè)，共86頁(yè)。對(duì)于電壓型逆變系統(tǒng)，無(wú)論輸出電壓是方波還是脈寬調(diào)制波，電流的諧波含量都比電壓諧波含量大；而且在不同頻率以及脈寬調(diào)制的不同載波比時(shí)，電流諧波分量又在很大范圍內(nèi)變化。因此，檢測(cè)電壓作為反饋量進(jìn)行控制更能提高控制的精度。m恒定的實(shí)現(xiàn)方式通過(guò)U/fconst，低頻時(shí)適當(dāng)補(bǔ)

25、償定子電阻壓降的影響即可以實(shí)現(xiàn)恒磁通的控制。轉(zhuǎn)差頻率控制的基本原理第71頁(yè)，共86頁(yè)。系統(tǒng)組成FBS電壓型逆變器PWMM3 ASR圖 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)原理圖第72頁(yè)，共86頁(yè)。 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。頻率控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號(hào)是轉(zhuǎn)差頻率給定 s* ，與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào) 相加，即得定子頻率給定信號(hào) 1* ，即 （6-66） 第73頁(yè)，共86頁(yè)。電壓控制由 1和定子電流反饋信號(hào) I1 從微機(jī)存儲(chǔ)的 U1 = f (1 , I1) 函數(shù)中查得定子電壓給定信號(hào) U1* ，用 U1* 和 1* 控制PWM電壓型逆變器

26、，即得異步電機(jī)調(diào)速所需的變壓變頻電源。第74頁(yè)，共86頁(yè)。三角波的幅值雖然固定，但三角波的頻率卻需要隨著基準(zhǔn)正弦波頻率（即逆變器輸出頻率或電機(jī)定子頻率）的變化而變化：定子頻率降低，載波比應(yīng)相應(yīng)增大，否則在低頻區(qū)將導(dǎo)致電機(jī)諧波電流增大，引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增加。一般做法是低頻時(shí)異步調(diào)制，然后轉(zhuǎn)為分段同步調(diào)制，最后直至額定定子頻率時(shí)放棄脈寬調(diào)制改為方波輸出為止。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)第75頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)在逆變器輸出電壓可調(diào)的范圍內(nèi)，由于可保證氣隙磁通為額定值，因此，只要改變轉(zhuǎn)差頻率函數(shù)發(fā)生器特性，就可使異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)獲得不同的運(yùn)行方式以及不同的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性。第76頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)差控制下有恒磁通、恒轉(zhuǎn)矩和恒電壓、恒功率兩種運(yùn)行方式，其對(duì)應(yīng)的各種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性公式如右所示，各特性曲線圖如下頁(yè)所示。第77頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)第78頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)第79頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)速閉環(huán)、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)第80頁(yè)，共86頁(yè)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)型控制系統(tǒng)基準(zhǔn)部分由速度給定、輸入限制器（速度給定即使作階躍式變化也能變?yōu)樾逼潞瘮?shù)并加以限幅）、絕對(duì)值變換器（輸入極性不同，但輸出均為正值）以及正反轉(zhuǎn)