5.6轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)

1、電力拖動自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng) 沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院 自動化楊霞2021年7月交流拖動自動控制系統(tǒng)知識點(diǎn)：轉(zhuǎn)差頻率控制變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)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、動態(tài)性能不夠理想。采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制可提高靜、動態(tài)性能，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。需增加轉(zhuǎn)速傳感器、相應(yīng)的檢測電路和測速軟件等。轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速是基于感應(yīng)電動

2、機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.6.1 轉(zhuǎn)差頻率控制的根本概念及特點(diǎn)感應(yīng)電動機(jī)恒氣隙磁通的電磁轉(zhuǎn)矩公式 將 5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)代入電磁轉(zhuǎn)矩公式 ，得電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù) 定義轉(zhuǎn)差角頻率 電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率s較小，轉(zhuǎn)矩可近似表示

3、轉(zhuǎn)差頻率控制根本概念轉(zhuǎn)差頻率控制的根本思想概念5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)差 最大轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須使 在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)允許的最大轉(zhuǎn)差頻率小于臨界轉(zhuǎn)差頻率轉(zhuǎn)差頻率控制根本概念: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，感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率s 成正比。這就是說，在感應(yīng)電動機(jī)中控制s ，就和直流電機(jī)中控制電流一樣，能夠到達(dá)間接控制轉(zhuǎn)矩的目的。轉(zhuǎn)差頻率控制的根本規(guī)律兩

4、個圖5-42 恒氣隙磁通控制的機(jī)械特性5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，只要給s 限幅，使其限幅最大值為 就可以根本保持 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。這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的根本規(guī)律之一。 解決的是如何保持Te與s 的正比關(guān)系問題轉(zhuǎn)差頻率控制的根本規(guī)律一注意：轉(zhuǎn)矩根本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變。轉(zhuǎn)差頻率控制的根本規(guī)律兩個只要 和 及 只考慮幅值沒考慮相位的關(guān)系符合以下

5、圖所示函數(shù)關(guān)系特性 ，控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通m恒定。這是轉(zhuǎn)差頻率控制的根本規(guī)律之二。 解決的是如何保持氣隙磁通m恒定問題。高頻時，近似呈線性；低頻時，呈非線性。圖5-43 定子電壓補(bǔ)償控制的電壓頻率特性5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差頻率控制的根本規(guī)律二注意：在不同的定子電流值時，按定子電壓補(bǔ)償控制的電壓頻率特性關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。 5.6.2 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能分析圖5-44

6、 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5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：PWM逆變器速度調(diào)節(jié)器P I轉(zhuǎn)差頻率限幅器電壓模式偏置給定IMPG5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩個轉(zhuǎn)速反響:轉(zhuǎn)速外環(huán)為負(fù)反響，ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，一般選用PI調(diào)

7、節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出轉(zhuǎn)差頻率給定相當(dāng)于電磁轉(zhuǎn)矩給定。轉(zhuǎn)速內(nèi)環(huán)為正反響，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號轉(zhuǎn)差頻率給定與實(shí)際轉(zhuǎn)速相加，得到定子頻率給定信號5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)由給定頻率和定子電流求得定子電壓給定由于正反響是不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，必需設(shè)置轉(zhuǎn)速負(fù)反響外環(huán)，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?？刂芇WM變頻器。5.6.3 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的特點(diǎn)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)突出的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)差角頻率與實(shí)測轉(zhuǎn)速相加后得到定子頻率。在調(diào)速過程中，實(shí)際

8、頻率隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速同步地上升或下降，加、減速平滑。在動態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)以對應(yīng)于最大轉(zhuǎn)差頻率的最大轉(zhuǎn)矩起、制動，并限制了最大電流，保證了在允許條件下的快速性。 5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)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)的性能還不能完全到達(dá)直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，其原因如下：1轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)是基于感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的，所謂的“保持磁通恒定的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動態(tài)中難以保持磁通恒定，這將影

9、響到系統(tǒng)的動態(tài)性能。2壓頻函數(shù)中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。3頻率與轉(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)速檢測信號不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會直接給頻率造成誤差，因?yàn)樗羞@些偏差和干擾都以正反響的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。注意：要進(jìn)一步提高感應(yīng)電動機(jī)調(diào)速性能，必須從感應(yīng)電動機(jī)動態(tài)模型出發(fā)，研究其控制規(guī)律，高動態(tài)性能的感應(yīng)電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)將在第6章作詳細(xì)的討論。補(bǔ)充材料轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓

10、調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)補(bǔ)充材料轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)例題：三相異步電動機(jī)有下面的關(guān)系式： 5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)求：1 利用條件，寫出與轉(zhuǎn)

11、差頻率 和氣隙磁通 等有關(guān)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式？并據(jù)此表達(dá)式闡述轉(zhuǎn)差頻率控制的根本概念？答：將代入，得電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：其中 為轉(zhuǎn)差頻率。當(dāng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時s值很小，因此 也很小，那么有上式說明，當(dāng) 恒定s很小時， 正比于 。為此，控制轉(zhuǎn)差頻率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的根本概念。 5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)2. 對上問中所求出的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，求 =？ =？答：對轉(zhuǎn)矩表達(dá)式求導(dǎo)，并令其為零，解出5.6 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)5.1 感應(yīng)電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法5.2 感應(yīng)電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速5.3 感應(yīng)電動機(jī)變壓變頻調(diào)速5.4 電力電子變壓變頻器5.5 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)3 當(dāng) ， ，計算 的值？ 假設(shè)氣隙磁通 恒定，轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中 最大取值