變頻器第三章概要課件

1、第3章 變頻器的控制方式轉(zhuǎn)差頻率控制3-2 矢量控制3-3 直接轉(zhuǎn)矩控制3-4恒壓頻比控制3-11第3章 變頻器的控制方式轉(zhuǎn)差頻率控制3-2 電機(jī)的基本調(diào)速原理： 由電機(jī)學(xué)可知，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為（3.1）2電機(jī)的基本調(diào)速原理：（3.1）2 與直流調(diào)速系統(tǒng)相同，在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速時(shí)，希望保持電機(jī)中每極磁通量為額定值。如果磁通下降，則異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te將減小。這樣，在基速以下時(shí)，無(wú)疑會(huì)失去調(diào)速系統(tǒng)的恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性。另外，隨著電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩的下降，有可能造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)。反之，如果磁通上升，又會(huì)使電機(jī)磁路飽和，勵(lì)磁電流將迅速上升，導(dǎo)致電機(jī)鐵損大量增加，造成電機(jī)鐵芯嚴(yán)重過(guò)熱，不僅會(huì)使電機(jī)輸出效益

2、大大降低，而見(jiàn)由于電機(jī)過(guò)熱，造成電機(jī)繞組絕緣降低，嚴(yán)重時(shí)，有燒毀電機(jī)的危險(xiǎn)。因此，在調(diào)速過(guò)程中不僅要改變定子供電頻率，而且還要保持(控制)磁通恒定。 根據(jù)保持(控制)磁通恒定的方法不同，產(chǎn)生了恒壓頻比控制方式和轉(zhuǎn)差頻率控制方式。3 與直流調(diào)速系統(tǒng)相同，在額定轉(zhuǎn)速以下調(diào)速時(shí)，3.1 U/f控制方法3.1.1 U/f控制方式的理論基礎(chǔ)（3.2）（3.3）43.1 U/f控制方法3.1.1 U/f控制方式的理論基礎(chǔ)（553.1.2 U/f控制方式的實(shí)現(xiàn)本小節(jié)主要講解以下兩個(gè)內(nèi)容：1恒壓頻比 控制方式及其機(jī)械特性2基頻以上變頻控制方式及其機(jī)械特性63.1.2 U/f控制方式的實(shí)現(xiàn)本小節(jié)主要講解以下兩個(gè)

3、內(nèi)容：1恒壓頻比 控制方式（3.5）（3.6）71恒壓頻比 控制方式（3.5）（3.6）（3.7）8（3.7）8圖3.1恒壓頻比控制示意圖（3.8）9圖3.1恒壓頻比控制示意圖（3.8）91010（3.9）（3.10）（3.11）11（3.9）（3.10）（3.11）11（3.12）（3.13）12（3.12）（3.13）12圖3.2 電網(wǎng)直接供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性13圖3.2 電網(wǎng)直接供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性13 三相異步電動(dòng)機(jī)采用恒壓頻比控制方式的變壓變頻電源供電時(shí)的機(jī)械特性都有什么特點(diǎn)呢？（3.14）（3.15）14 三相異步電動(dòng)機(jī)采用恒壓頻比控制方式的變壓變頻電源（3.16）（3

4、.17）（3.18）15（3.16）（3.17）（3.18）151616圖3.3 基頻以下機(jī)械特性17圖3.3 基頻以下機(jī)械特性172.基頻以上變頻控制方式及其機(jī)械特性 基頻以上調(diào)速分為兩種情況： 第一，異步電動(dòng)機(jī)不允許過(guò)壓，但允許有一定超速(高于額定轉(zhuǎn)速)。這種情況下，應(yīng)保持電壓為額定電壓。 第二，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)允許有一定的電壓升高，即超過(guò)電機(jī)的額定電壓，或者是特制的先升壓后弱磁專用調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采用比較準(zhǔn)確的恒功率調(diào)速方式。182.基頻以上變頻控制方式及其機(jī)械特性 基頻以上調(diào)速分為兩種情1919圖3.4 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的控制特性20圖3.4 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的控制特性20（3.21）（

5、3.22）21（3.21）（3.22）21（3.23）（3.24）22（3.23）（3.24）22（3.25）23（3.25）23圖3.5 恒功率調(diào)速的機(jī)械特性24圖3.5 恒功率調(diào)速的機(jī)械特性241.電壓源型頻率開(kāi)環(huán)的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)采用大電容器進(jìn)行直流濾波。由于采用了PWM控制，因而使其輸出電壓波形接近正弦波。逆變器輸出電壓波形由輸出電壓和電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)之差形成，也接近正弦波。下面以一個(gè)典型的電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)(如圖3.6所示)為例來(lái)說(shuō)明這類系統(tǒng)的基本組成及各控制環(huán)節(jié)的作用。251.電壓源型頻率開(kāi)環(huán)的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)25圖3.6

6、電壓源型逆變器開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)26圖3.6 電壓源型逆變器開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)26下面介紹該控制系統(tǒng)的主要控制單元 （1）轉(zhuǎn)速給定積分環(huán)節(jié)(GI) 設(shè)置目的：將階躍給定信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樾逼滦盘?hào)，以消除階躍給定對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)大沖擊，使系統(tǒng)中的電壓、電流、頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速都能穩(wěn)步上升和下降，以提高系統(tǒng)的可靠性及滿足一些生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求。 （2）電流實(shí)際值檢測(cè) 電流實(shí)際值檢測(cè)主要用于輸出電壓的修正和過(guò)流、過(guò)載保護(hù)。 通過(guò)檢測(cè)變頻器輸出電流，進(jìn)行過(guò)流、過(guò)載計(jì)算。當(dāng)判斷為過(guò)流、過(guò)載后，發(fā)生觸發(fā)脈沖封鎖信號(hào)觸發(fā)器，停止變頻器運(yùn)行，確保變頻器和電動(dòng)機(jī)的安全。27下面介紹該控制系統(tǒng)的主要控制單元 （1）轉(zhuǎn)速給定積分環(huán)節(jié)(G28

7、2829293030(8)交直交電壓源型逆變器的數(shù)學(xué)模型31(8)交直交電壓源型逆變器的數(shù)學(xué)模型31圖3.7 逆變器與異步電動(dòng)機(jī)的等效電路圖32圖3.7 逆變器與異步電動(dòng)機(jī)的等效電路圖32（3.26）（3.27）33（3.26）（3.27）33（3.28）注： 對(duì)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稍不相同的電壓源型逆變器異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，可在本例的基礎(chǔ)上，稍做修改，即可得到所需要的系統(tǒng)傳遞函數(shù)與框圖。34（3.28）注： 對(duì)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稍不相同的電壓源型逆變器異步2.電流源型頻率開(kāi)環(huán)的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) （1）系統(tǒng)的基本組成。圖3.8給出了一個(gè)比較典型的電流源型逆變器頻率開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。由圖可知，交頻器有兩個(gè)功

8、率變換環(huán)節(jié)，即整流橋與逆受橋，它們分別有相應(yīng)的控制回路。為了操作方便采用一個(gè)給定來(lái)控制，并通過(guò)函數(shù)發(fā)生器，使兩個(gè)回路協(xié)調(diào)地工作。在電流源型逆變器頻率開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，除了設(shè)置電流調(diào)節(jié)環(huán)外，仍需設(shè)置電壓閉環(huán)，以保證調(diào)壓調(diào)頻過(guò)程中對(duì)逆變器輸出電壓的穩(wěn)定性要求，實(shí)現(xiàn)恒壓頻比的控制方式。352.電流源型頻率開(kāi)環(huán)的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) （圖3.8 電流源型逆變器的頻率開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)36圖3.8 電流源型逆變器的頻率開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)36 電流源型變頻器主電路。電流源型變頻器主電路的中間直流環(huán)節(jié)采用電抗器濾波。其主電路由兩個(gè)功率變換環(huán)節(jié)構(gòu)成，即二相橋式整流器和逆變器，它們分別有相應(yīng)的控制回路，即電壓控制回路及

9、頻率控制回路，分別進(jìn)行調(diào)壓與調(diào)頻控制。 給定積分。設(shè)置目的；將階躍給定信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樾逼滦盘?hào)，以消除階躍給定對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的過(guò)大沖擊，使系統(tǒng)中的電壓、電流、頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速都能穩(wěn)步上升和下降，以提高系統(tǒng)的可靠性及滿足一些生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求。37 37 函數(shù)發(fā)生器。設(shè)置目的：前面討論過(guò)，在變壓變額調(diào)速系統(tǒng)中，即定子電壓是定子頻率的函數(shù)，函數(shù)發(fā)生器就是根據(jù)給定積分器輸出的頻率信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于定子電壓的給定值，實(shí)現(xiàn)恒壓頻比。 電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器。電壓調(diào)節(jié)器采用PID調(diào)節(jié)器，其輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定值。 電流調(diào)節(jié)器也是采用PID調(diào)節(jié)器，根據(jù)電壓調(diào)節(jié)器輸出的電流給定值與實(shí)際電流信號(hào)值的偏差，實(shí)時(shí)調(diào)整觸發(fā)

10、角，使實(shí)際電流跟隨給定電流。38 函數(shù)發(fā)生器。設(shè)置目的：前面討論過(guò)，在變壓變額調(diào)速系統(tǒng)中，3939 瞬態(tài)校正環(huán)節(jié)。瞬態(tài)校正環(huán)節(jié)是一個(gè)微分環(huán)節(jié)，具有超前校正作用。設(shè)置的目的是為了在瞬態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中仍使系統(tǒng)基本保持恒壓頻比的關(guān)系。 當(dāng)電源電壓波動(dòng)而引起逆變器輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)按電壓給定值自動(dòng)調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓。但是在電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中逆變器輸出頻率并沒(méi)有發(fā)生變化，因此恒壓頻比的關(guān)系在瞬態(tài)過(guò)程中不能得到維持。這將導(dǎo)致磁場(chǎng)過(guò)激或欠激不斷交替的情況，使得電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大幅度波動(dòng)，從而造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)。為了避免上述情況的發(fā)生，加入瞬態(tài)校正環(huán)節(jié)。40 瞬態(tài)校正環(huán)節(jié)。瞬態(tài)校正環(huán)節(jié)是一個(gè)微分環(huán)節(jié)，

11、具有超前校正作4141圖3.9 電流型逆變器異步電機(jī)等值電路42圖3.9 電流型逆變器異步電機(jī)等值電路42（3.34）（3.35）43（3.34）（3.35）43（3.36）（3.37）（3.38）44（3.36）（3.37）（3.38）44 利用以上結(jié)果，可以畫(huà)出交直交電流源型逆變器異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖3.10所示(電壓、電流雙閉環(huán))。 圖3.10交直交電流源型逆變器異步電動(dòng)機(jī) 變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖45 利用以上結(jié)果，可以畫(huà)出交直交電流源型逆變器 利用此框圖選擇電壓、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，并進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析。對(duì)于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)稍不相同的電流源型逆變器異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，

12、可參照本例，稍作修改，仍可得出所需要的系統(tǒng)傳遞函數(shù)與框圖。 恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種比較簡(jiǎn)單的控制方式。按控制理論的觀點(diǎn)進(jìn)行分類時(shí)，恒壓頻比控制方式屬于轉(zhuǎn)速(頻率)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，這種系統(tǒng)雖然在轉(zhuǎn)速控制方面不能給出滿意的控制性能，但是這種系統(tǒng)有著很高的性價(jià)比。因此，在以節(jié)能為目的的各種用途中和對(duì)轉(zhuǎn)速精度要求不高的各種場(chǎng)合下得到了廣泛的應(yīng)有。同時(shí)還需要指出，恒壓頻比控制系統(tǒng)是最基本的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，性能更好的系統(tǒng)都是建立在這種系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上。46 利用此框圖選擇電壓、電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，并進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)3.2 轉(zhuǎn)差頻率控制定義： 轉(zhuǎn)差頻率控制是解決異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩控制的一種控

13、制方式，是對(duì)的恒壓頻比控制方式的一種改進(jìn)。相對(duì)于恒壓頻比控制方式而言，采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式，有助于改善異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)和靜、動(dòng)態(tài)性能。473.2 轉(zhuǎn)差頻率控制定義：473.2.1 轉(zhuǎn)差頻率控制的理論基礎(chǔ)（3.39）483.2.1 轉(zhuǎn)差頻率控制的理論基礎(chǔ)（3.39）48圖3.11 異步電動(dòng)機(jī)等值電路（3.40）（3.41）49圖3.11 異步電動(dòng)機(jī)等值電路（3.40）（3.41）49（3.42）（3.43）50（3.42）（3.43）50（3.44）51（3.44）51（3.45）（3.46）（3.47）52（3.45）（3.46）（3.47）525353（3.48）（3.49）54（3.

14、48）（3.49）54（3.50）55（3.50）55（3.51）（3.52）（3.53）（3.54）56（3.51）（3.52）（3.53）（3.54）56575758583.2.2 轉(zhuǎn)差頻率控制的系統(tǒng)構(gòu)成（3.55）593.2.2 轉(zhuǎn)差頻率控制的系統(tǒng)構(gòu)成（3.55）591.電流源型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成基本構(gòu)成圖3.14所示圖3.14 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)601.電流源型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成基本構(gòu)成6161圖3.15異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制啟動(dòng)特性62圖3.15異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制啟動(dòng)特性6263636464圖3.16 再生制動(dòng) 轉(zhuǎn)差頻

15、率控制方式，雖然與恒壓頻比控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)相比前進(jìn)了一步，系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)特性都有一定的提高。但是，由于其基本關(guān)系式都是從穩(wěn)態(tài)方程中導(dǎo)出的，沒(méi)有考慮到電機(jī)電磁慣性的影響及在動(dòng)態(tài)中磁通如何變化。所以，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩與磁通并未得到圓滿的控制。65圖3.16 再生制動(dòng) 轉(zhuǎn)差頻率控制方式，雖然與恒壓頻比控制的（3.56）（3.57）66（3.56）（3.57）66（3.58）（3.59）67（3.58）（3.59）67 依據(jù)式(3.59)，繪制的交直交電流源型逆變器一異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.17所示。圖3.17 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖68 依據(jù)式(3.59)，繪制的交直交

16、電流源型逆變器一異步電 圖3.17中，ASR、ACR分別為轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器，可根據(jù)需要選擇其類型，并可利用此框圖綜合ASR、ACR之參數(shù)，分析其動(dòng)態(tài)過(guò)程，其方法步驟類似于直流調(diào)速系統(tǒng)。另外，對(duì)于其他類型的轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可類似建立。 最后還要說(shuō)明一點(diǎn)：由于異步電動(dòng)機(jī)本身的復(fù)雜性，當(dāng)推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中所采用的方法或所做的假定條件不同時(shí)，所得出的數(shù)學(xué)模型是不一定相同的。69 693.3 矢量控制 矢量控制方式主要滿足異步電動(dòng)機(jī)高動(dòng)態(tài)性能而采取的控制方式。 下面分三個(gè)方面來(lái)講解： 1、矢量控制的理論基礎(chǔ) 2、矢量控制的實(shí)現(xiàn)方法 3、矢量控制的意義703.3 矢量控制 矢量控制方式主要滿足

17、異步電動(dòng)機(jī)高3.3.1 矢量控制的理論基礎(chǔ) 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制是建立在動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上的。數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)是一個(gè)專門(mén)性的問(wèn)題，不準(zhǔn)備具體說(shuō)明，僅就矢量控制的概念做簡(jiǎn)要的說(shuō)明。 由于直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能好及直流電動(dòng)機(jī)的磁通和電樞電流獨(dú)立進(jìn)行控制制，是一種典型的解耦控制。異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制就是仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，把定子電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量解耦開(kāi)來(lái)，分別加以控制。這種解耦，實(shí)際是把異步電動(dòng)機(jī)的物理模型設(shè)法等效地變換成類似于直流電動(dòng)機(jī)的模式。這種等效變換是借助于坐標(biāo)變換來(lái)完成的。等效的原則是，在不同坐標(biāo)系下電動(dòng)機(jī)模型所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相同。713.3.1 矢量控制的理論基礎(chǔ) 異步電動(dòng)機(jī)的矢

18、量控 圖3.18 等效的交流電動(dòng)機(jī)物理模型72 圖3.18 等效的交流電動(dòng)機(jī)物理模型72下面就介紹如何等效的73下面就介紹如何等效的737474757576767777圖3.19 矢量變換控制的構(gòu)想78圖3.19 矢量變換控制的構(gòu)想7879798080矢量控制方案（3.60）81矢量控制方案（3.60）81圖3.20 矢量控制方式（3.61）82圖3.20 矢量控制方式（3.61）8283833.3.2 矢量控制的實(shí)現(xiàn)方法 在本小節(jié)主要講解采用電壓型PWM變頻器所構(gòu)成的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng)。 下面將給出系統(tǒng)各運(yùn)算單元的運(yùn)算公式，以及講解與此系統(tǒng)有關(guān)的知識(shí)點(diǎn)和概念。843.3.2 矢量控制

19、的實(shí)現(xiàn)方法 84圖3.21 矢量控制系統(tǒng)原理框圖（例）85圖3.21 矢量控制系統(tǒng)原理框圖（例）85下面給出圖3.21中點(diǎn)劃線框、中的矢量變換部分的各個(gè)運(yùn)算單元的運(yùn)算公式。（3.62）（3.63）86下面給出圖3.21中點(diǎn)劃線框、中的矢量變換部分的各個(gè)運(yùn)算（3.64）87（3.64）87（3.65）（3.66）88（3.65）（3.66）88（3.67）（3.68）（3.69）（3.70）89（3.67）（3.68）（3.69）（3.70）89（3.71）（3.72）（3.73）90（3.71）（3.72）（3.73）90（3.74）91（3.74）919292 矢量控制變頻器實(shí)際裝置舉例：

20、西門(mén)子公司的前期產(chǎn)品SMOVERTP 6SE3536(BJT)、6SC3637(GT0)和目前的6SE70、6SE71(IGBT)的控制思想基本一致。其中前兩種工業(yè)交頻器實(shí)現(xiàn)的功能如下： (1)U/f頻率開(kāi)環(huán)控制、無(wú)速度傳感器矢量控制和有速度傳感器矢量控制的硬件電路實(shí)現(xiàn)了歸一化。采用哪種控制方式，由可選的軟件功能確定。 (2)用于單電動(dòng)機(jī)或多電動(dòng)機(jī)調(diào)速的頻率開(kāi)環(huán)控制，有4種U/f曲線可由軟件選擇。93 矢量控制變頻器實(shí)際裝置舉例：93 (3)用于單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，且要求高動(dòng)態(tài)性能時(shí)，實(shí)現(xiàn)矢量控制即磁場(chǎng)定向控制。矢量控制時(shí)以無(wú)速度傳感器，也可以有速度傳感器。 (4)通過(guò)自動(dòng)參數(shù)設(shè)定可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的起動(dòng)，

21、啟動(dòng)中閉環(huán)控制參數(shù)和U/f特性根據(jù)負(fù)載電動(dòng)機(jī)的額定值來(lái)計(jì)算。 (5)閉環(huán)控制的自優(yōu)化。它是通過(guò)一種自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)實(shí)驗(yàn)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有閉環(huán)控制器參數(shù)的自動(dòng)設(shè)定。 (6)實(shí)現(xiàn)了變結(jié)構(gòu)和自適應(yīng)控制，充分體現(xiàn)了全數(shù)字控制的優(yōu)勢(shì)。94 (3)用于單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，且要求高動(dòng)態(tài)性能時(shí)，實(shí)現(xiàn)矢量控 1.開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制的概念開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制的4種不同形式及應(yīng)用如表3.1。表3.1 控制方式及應(yīng)用95 1.開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制的概念開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制的4種不同形式及應(yīng)用2.頻率開(kāi)環(huán)控制 這種情況下的結(jié)構(gòu)，如圖3.22所示。頻率由串聯(lián)在系統(tǒng)中的斜坡發(fā)生器給定，電壓則由U/f特性函數(shù)發(fā)生器給定。U/f特性由4種電壓-頻率函數(shù)關(guān)系的

22、組合來(lái)決定。這可以看做有4個(gè)電壓-頻率特性組件和4個(gè)斜坡函數(shù)發(fā)生器組件(可由軟件功能來(lái)選擇)。圖3.22 頻率開(kāi)環(huán)控制的原理框圖962.頻率開(kāi)環(huán)控制 這種情況下的結(jié)構(gòu)，如圖3.23.矢量控制 矢量控制的原理結(jié)構(gòu)，如圖3.23所示，這種矢量控制可以采用有速度傳感器方式(圖中右下方)，也可以采用無(wú)速度傳感器方式。速度傳感器可以采用脈沖式速度傳感器。圖3.23矢量控制的原理結(jié)構(gòu)圖973.矢量控制 矢量控制的原理結(jié)構(gòu)，如圖3.23所示4.無(wú)速度傳感器的矢量控制的速度調(diào)節(jié) 這種控制方式下的原理性框圖(由軟件功定選定)如圖3.24所示。這是對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的典型模式。圖3.24無(wú)速度傳感器的矢

23、量控制原理框圖984.無(wú)速度傳感器的矢量控制的速度調(diào)節(jié) 這種控制5.有速度傳感器的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量控制這種控制方式的主要特性是：(1)在速度設(shè)定值的全范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩上升時(shí)間大約為15ms。(2)速度設(shè)定范圍人于1：100。(3)對(duì)閉環(huán)控制而言，轉(zhuǎn)速上升時(shí)間小于等于60ms。這種控制的框圖如圖3.25所示。995.有速度傳感器的轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩閉環(huán)矢量控制這種控制方式的主要特圖3.25有速度傳感器的矢量控制原理框圖100圖3.25有速度傳感器的矢量控制原理框圖1003.3.3 矢量控制的意義 采用矢量控制方式的目的，主要是為了提高變頻調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能，根據(jù)交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型、利用坐標(biāo)變換手段，將交

24、流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成磁場(chǎng)分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，并分別加以控制，即模仿自然解耦的直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，對(duì)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行控制，以獲得類似于直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。1013.3.3 矢量控制的意義 101 在矢量控制方式中，磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流可以根據(jù)可測(cè)定的電動(dòng)機(jī)定子電壓、電流的實(shí)際值經(jīng)計(jì)算求得。磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流再與相應(yīng)的設(shè)定值相比較并根據(jù)需要進(jìn)行必要的校正。高性能速度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)可以作為轉(zhuǎn)矩電流(或稱有功電流)的設(shè)定值。動(dòng)態(tài)頻率前饋控制可以保證快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 另外，矢量控制調(diào)速范圍寬，采用光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)，一般可以達(dá)到調(diào)速范圍D=100，己在實(shí)踐中獲得普遍的應(yīng)用。102

25、 在矢量控制方式中，磁場(chǎng)電流和轉(zhuǎn)矩電流可以根據(jù)可測(cè)3.4 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制提出的由來(lái)及解決的問(wèn)題 從20世紀(jì)70年代矢量控制技術(shù)發(fā)展以來(lái)，交流傳動(dòng)技術(shù)從理論上解決了交流調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)件能上與直流傳動(dòng)相媲美的問(wèn)題。矢量控制技術(shù)模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，用矢量變換的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制的完全解耦，它的提出具有劃時(shí)代的重要意義。然而，在實(shí)際上由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，并且系統(tǒng)特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，以及在模擬直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中使用矢量旋轉(zhuǎn)變換的復(fù)雜性，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理論分析的結(jié)果，這是矢量控制技術(shù)在實(shí)踐上不足之處。1033.4 直接轉(zhuǎn)矩

26、控制 直接轉(zhuǎn)矩控制提出的由來(lái)及解決的問(wèn)題 不同于矢量控制技術(shù)，直接轉(zhuǎn)矩控制有著自己的特點(diǎn)，它在很大程度上解決了矢量掉制中計(jì)算復(fù)雜、特性易受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響、實(shí)際性能難以達(dá)到理論分析結(jié)果的一些重要技術(shù)問(wèn)題。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)從誕生開(kāi)始，就以自己新穎的控制思想，簡(jiǎn)潔明了的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)性能受到了普遍的關(guān)注并得到了迅速的發(fā)展。104 不同于矢量控制技術(shù)，直接轉(zhuǎn)矩控制有著自3.4.1 直接轉(zhuǎn)矩控制的理論基礎(chǔ)1053.4.1 直接轉(zhuǎn)矩控制的理論基礎(chǔ)105（3.75）106（3.75）106107107108108 由以上敘述，可以初步了解異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本控制思想。圖3.26概

27、括了對(duì)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)控制思路的描述，以便在深入研究直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)之前，在概念上先有一個(gè)形象的認(rèn)識(shí)。圖3.26直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)基本思路框圖109 由以上敘述，可以初步了解異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系3.4.2 直接轉(zhuǎn)矩控制在工業(yè)變領(lǐng)器中的應(yīng)用在此節(jié)主要講解以下四點(diǎn)：原理圖直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋模型直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制（DSC）系統(tǒng)的基本組成及工作原理1103.4.2 直接轉(zhuǎn)矩控制在工業(yè)變領(lǐng)器中的應(yīng)用在此節(jié)主要講解111111圖3.27按電子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)112圖3.27按電子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)1122.直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制規(guī)律

28、和反饋模型（3.76）（3.77）1132.直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋模型（3.76）（3.7114114圖3.28 定子磁鏈模型結(jié)構(gòu)框圖圖3.29 轉(zhuǎn)矩模型結(jié)構(gòu)框圖（3.78）115圖3.28 定子磁鏈模型結(jié)構(gòu)框圖圖3.29 轉(zhuǎn)矩模型結(jié)構(gòu)框圖116116 DTC系統(tǒng)存在的問(wèn)題是： (1)由于采用砰砰控制，實(shí)際轉(zhuǎn)矩必然在上下限內(nèi)脈動(dòng)，而不是完全恒定的。 (2)由于磁鏈計(jì)算采用了帶積分環(huán)節(jié)的電壓模型，積分初值，累積誤差和定子電阻的變化都會(huì)影響磁鏈計(jì)算的準(zhǔn)確度。 這兩個(gè)問(wèn)題的影響在低速時(shí)都比較顯著，因而使DTC系統(tǒng)的調(diào)運(yùn)范圍受到限制。為了解決這些問(wèn)題，許多學(xué)者做過(guò)不少的研究工作，使它們得到一定程度的改善，但并不能完全消除。117 DTC系統(tǒng)存在的問(wèn)題是：1171181184.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制（DSC）系統(tǒng)的基本組成及工作原理 根據(jù)上節(jié)提出的直接轉(zhuǎn)矩控制的基本結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)擴(kuò)充和完善，可以得到一個(gè)比較完整的異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)運(yùn)系統(tǒng)，如圖3.30所示。下面，先對(duì)該系統(tǒng)的組成情況