變頻調(diào)速系統(tǒng)控制

變頻調(diào)速系統(tǒng)控制第一頁(yè)，共100頁(yè)?！?.1變頻調(diào)速的主要技術(shù)指標(biāo)一、概述1、變頻調(diào)速系統(tǒng)由于其突出的調(diào)速性能在電氣傳動(dòng)調(diào)速領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，為保證在實(shí)際運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩達(dá)到給定值要求并具有良好的動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能，需要采用適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)和控制策略2、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)通常按是否存在反饋回路分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制3、開環(huán)控制易于實(shí)現(xiàn)，機(jī)械特性較硬、調(diào)速較平滑、調(diào)速范圍寬，適合于對(duì)調(diào)速精度和轉(zhuǎn)矩控制要求不高的負(fù)載如風(fēng)機(jī)、水泵等，直接采用速度開環(huán)控制即可滿足要求。若要求較高則需要采用閉環(huán)負(fù)反饋控制第二頁(yè)，共100頁(yè)。一、概述4、在閉環(huán)控制中如果僅僅采用簡(jiǎn)單的速度負(fù)反饋控制，只能保證一定的調(diào)速精度，不能控制轉(zhuǎn)矩，無法保證良好的動(dòng)態(tài)調(diào)速性能，當(dāng)系統(tǒng)急劇加減速時(shí)電動(dòng)機(jī)容易滑入不穩(wěn)定區(qū)，造成電動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定甚至停止工作。因此需要采用較復(fù)雜的閉環(huán)反饋控制技術(shù)如轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制及直接轉(zhuǎn)矩控制5、20世紀(jì)90年代以來隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)在變頻調(diào)速領(lǐng)域中應(yīng)用，控制系統(tǒng)開始向全數(shù)字控制、智能控制方向發(fā)展，進(jìn)一步保證了系統(tǒng)的調(diào)速性能6、為了衡量變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量，需要建立系統(tǒng)的技術(shù)評(píng)價(jià)體系和指標(biāo)，為評(píng)價(jià)系統(tǒng)的調(diào)速性能提供一個(gè)統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)§5.1變頻調(diào)速的主要技術(shù)指標(biāo)第三頁(yè)，共100頁(yè)。二、主要技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)系統(tǒng)調(diào)速性能的技術(shù)指標(biāo)可分為靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)1、靜態(tài)性能指標(biāo)（1）調(diào)速范圍D（a）定義：指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比，即D=nmax/nmin（b）不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速范圍要求不同例：車床調(diào)速范圍：20~120，鉆床：2~12，銑床：20~30（c）一般情況下電氣調(diào)速范圍要大于機(jī)械調(diào)速范圍，對(duì)于一般的變頻器，其最低工作頻率可達(dá)到0.5Hz，即在額定頻率（f1e=50Hz）以下調(diào)速時(shí)調(diào)速范圍D=50/0.5=100§5.1變頻調(diào)速的主要技術(shù)指標(biāo)第四頁(yè)，共100頁(yè)。1、靜態(tài)性能指標(biāo)（2）靜差率S（a）定義：指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于某一機(jī)械特性曲線上，在額定負(fù)載下轉(zhuǎn)速降Δn與同步轉(zhuǎn)速n0之比，即S=Δn/n0（b）反映了調(diào)速后電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度（c）不同的機(jī)械設(shè)備對(duì)S值的要求不同例：普通臥式車床：S≤0.3，高精度車床：S≤0.001（3）調(diào)速平滑性K（a）定義：電動(dòng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)矩下相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比，即：K=ni/ni-1=ni+1/ni（b）K值越小(k>1時(shí))，相鄰兩檔轉(zhuǎn)速差越小，調(diào)速平滑性越好；(k<1時(shí))K值越大，調(diào)速平滑性越好。無極調(diào)速時(shí)K=1。§5.1變頻調(diào)速的主要技術(shù)指標(biāo)二、主要技術(shù)指標(biāo)第五頁(yè)，共100頁(yè)。2、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)（1）最大超調(diào)量β（a）定義：在階躍信號(hào)作用下系統(tǒng)轉(zhuǎn)速輸出超出穩(wěn)態(tài)的最大偏移量[nmax-n(s)]與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速輸出量n(s)之比的百分值，即：β=[nmax-n(s)]/n(s)×100%（b）反映了系統(tǒng)穩(wěn)定性，取值越小動(dòng)態(tài)響應(yīng)越平穩(wěn)（2）過渡過程時(shí)間ts（a）定義：指系統(tǒng)階躍響應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值得5%范圍，并不再超出該范圍所需的時(shí)間（b）反映了系統(tǒng)響應(yīng)的快速性§5.1變頻調(diào)速的主要技術(shù)指標(biāo)二、主要技術(shù)指標(biāo)第六頁(yè)，共100頁(yè)?！?.2開環(huán)控制一、基本原理及特點(diǎn)1、開環(huán)控制通常采用恒壓頻比（U/f）調(diào)速方式進(jìn)行控制，在變頻調(diào)速過程中使變頻器輸出變壓變頻的交流電源并保持電動(dòng)機(jī)氣隙磁通量為額定值不變，從而在較寬的調(diào)速范圍內(nèi)保持電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)近似不變2、采用恒U/f方式的開環(huán)控制特點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單，多用于通用變頻器，性價(jià)比高，可配接通用標(biāo)準(zhǔn)異步電動(dòng)機(jī)，但未采用速度反饋測(cè)量電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速控制精度較差，在低頻低轉(zhuǎn)速時(shí)易產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩不足情況，在以節(jié)能為目的和對(duì)速度精度要求不太高的各種場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用第七頁(yè)，共100頁(yè)。二、開環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)1、電壓型轉(zhuǎn)速開環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)§5.2開環(huán)控制第八頁(yè)，共100頁(yè)。1、電壓型轉(zhuǎn)速開環(huán)控制變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）主電路包括不可控整流電路、直流降壓斬波電路、電壓型逆變電路（2）控制電路采用開環(huán)速度控制，包括：（a）給定積分器（b）電壓調(diào)節(jié)器（c）振蕩器（d）斬波調(diào)壓基極控制電路（e）環(huán)形分配器（f）逆變基極控制電路（g）過電壓檢測(cè)電路、過電流檢測(cè)電路§5.2開環(huán)控制二、開環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)第九頁(yè)，共100頁(yè)。2、系統(tǒng)工作過程（1）速度給定信號(hào)經(jīng)給定積分器1將階躍信號(hào)變?yōu)殡S時(shí)間變化的指令，以限制起動(dòng)和制動(dòng)電流（2）該指令一方面經(jīng)斬波調(diào)壓基極控制電路4控制降壓斬波電路，使之輸出與逆變電路輸出頻率成正比的電壓，以保證調(diào)速時(shí)的恒U/f運(yùn)行§5.2開環(huán)控制二、開環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)第十頁(yè)，共100頁(yè)。2、系統(tǒng)工作過程（3）該指令另一方面將U/f經(jīng)振蕩器3變成相應(yīng)脈沖，并經(jīng)環(huán)形分配器5進(jìn)行分頻，通過逆變基極控制電路6將驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到逆變電路開關(guān)器件控制端（4）過電壓檢測(cè)電路、過電流檢測(cè)電路用于實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的過壓、過流保護(hù)，如果發(fā)生過壓、過流，通過逆變基極控制電路6停止輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)§5.2開環(huán)控制二、開環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)第十一頁(yè)，共100頁(yè)?！?.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制1、基本概念（1）轉(zhuǎn)差頻率是指施加于電動(dòng)機(jī)定子繞組的交流電壓頻率f1（也即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)角頻率）與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速換算成電氣轉(zhuǎn)角頻率fr之間的差值，稱為轉(zhuǎn)差頻率（2）轉(zhuǎn)差頻率控制是在恒U/f方式基礎(chǔ)上保持電動(dòng)機(jī)氣隙磁通量不變的前提下，通過速度反饋，加上與轉(zhuǎn)矩、電流有直接關(guān)系的轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)控制環(huán)節(jié)，通過控制轉(zhuǎn)差頻率f2=f1-fr來控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和電流第十二頁(yè)，共100頁(yè)。2、控制原理（1）由電機(jī)學(xué)可知，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式為：式中：M：轉(zhuǎn)矩，Φ：磁通，f2：轉(zhuǎn)差頻率，f2=sf1r2/、L2/：分別為轉(zhuǎn)子折算電阻及漏感（2）由轉(zhuǎn)矩公式可知，當(dāng)Φ保持一定，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩只取決于f2，通過檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并與設(shè)定轉(zhuǎn)速比較，經(jīng)速度調(diào)節(jié)器輸出轉(zhuǎn)差頻率，并與測(cè)量轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率疊加作為變頻器的給定輸出頻率，從而用轉(zhuǎn)差頻率構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)，控制轉(zhuǎn)差頻率即可控制轉(zhuǎn)矩和電流，從而實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速（3）通過設(shè)置臨界轉(zhuǎn)差頻率限制，可控制轉(zhuǎn)矩不致超過最大轉(zhuǎn)矩而陷于不穩(wěn)定，在整個(gè)調(diào)速范圍實(shí)現(xiàn)恒最大M方式§5.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制第十三頁(yè)，共100頁(yè)。3、轉(zhuǎn)差頻率控制的實(shí)現(xiàn)（1）電壓型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)（a）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖：（b）工作過程測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速并換算為頻率fr作為反饋量與轉(zhuǎn)速給定值fg比較得轉(zhuǎn)差頻率f2，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器、限幅器后與fr相加，可得變頻器的給定輸出頻率f1，即要加在電動(dòng)機(jī)定子的電源頻率。限幅器用于控制轉(zhuǎn)矩不會(huì)超過最大值§5.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制第十四頁(yè)，共100頁(yè)。3、轉(zhuǎn)差頻率控制的實(shí)現(xiàn)（1）電壓型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)（b）工作過程要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)差頻率控制，還必須保持磁通不變，即U1/f1為恒值，頻率f1經(jīng)函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生與f1成比例變化的定子電壓U1，U1和f1同時(shí)加到逆變驅(qū)動(dòng)電路，通過變頻器輸出VVVF交流電源驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。利用PI調(diào)節(jié)規(guī)律可使電動(dòng)機(jī)以最大恒轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)速保持在給定轉(zhuǎn)速上，獲得較高的調(diào)速精度§5.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制第十五頁(yè)，共100頁(yè)。3、轉(zhuǎn)差頻率控制的實(shí)現(xiàn)（2）電流型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)（a）基本原理由電機(jī)學(xué)可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式又可寫成以下形式：式中：KM：常數(shù)，Φ：主磁通，Φ∝(U1e)/(f1e)

Δω：轉(zhuǎn)差角頻率，Δω=sω1，相當(dāng)于f2L：定子及轉(zhuǎn)子折算后的總電感，r2/：轉(zhuǎn)子電阻折算值由上式可知，當(dāng)保持磁通一定，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與Δω有確定的關(guān)系，當(dāng)限制轉(zhuǎn)差角頻率Δω為某一數(shù)值時(shí)即可限制電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)矩極值下起動(dòng)、制動(dòng)及調(diào)速等狀態(tài)下運(yùn)行§5.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制第十六頁(yè)，共100頁(yè)。3、轉(zhuǎn)差頻率控制的實(shí)現(xiàn)（2）電流型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)（b）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖，該系統(tǒng)包括電流內(nèi)環(huán)回路和速度外環(huán)回路§5.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制第十七頁(yè)，共100頁(yè)。3、轉(zhuǎn)差頻率控制的實(shí)現(xiàn)（2）電流型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)（c）工作過程利用轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)給定角頻率ω2*與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際頻率ω2之差Δω并保持在給定值上，使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)特性§5.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制第十八頁(yè)，共100頁(yè)。3、轉(zhuǎn)差頻率控制的實(shí)現(xiàn)（2）電流型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)（c）工作過程為保持磁通Φ不變，也即勵(lì)磁電流不變，則由異步電動(dòng)機(jī)等效電路確定的定子電流與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系，在電流環(huán)前面設(shè)有一個(gè)電流指令運(yùn)算器（函數(shù)發(fā)生器），可根據(jù)不同Δω值調(diào)節(jié)定子電流大小§5.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制第十九頁(yè)，共100頁(yè)。3、轉(zhuǎn)差頻率控制的實(shí)現(xiàn)（2）電流型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)（c）工作過程極性鑒別器用作正反轉(zhuǎn)控制用易于實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)及再生制動(dòng)，具有良好的動(dòng)態(tài)性能，適合于要求快速和高精度的傳動(dòng)系統(tǒng)§5.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制第二十頁(yè)，共100頁(yè)。4、轉(zhuǎn)差頻率控制的特點(diǎn)（1）在轉(zhuǎn)差頻率控制中設(shè)置了速度測(cè)量裝置構(gòu)成閉環(huán)反饋，與采用開環(huán)控制的恒U/f方式相比，系統(tǒng)加減速特性和限制過電流能力提高，改善了系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能（2）由于需要在電動(dòng)機(jī)上安裝速度傳感器，只能用于單電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，即一臺(tái)變頻器只能控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，且需要根據(jù)電動(dòng)機(jī)的特性調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差，通常多用于廠家指定的專用電動(dòng)機(jī)，通用性較差（3）電動(dòng)機(jī)參數(shù)及反饋量不易得到精確數(shù)值，會(huì)影響調(diào)速效果（4）由于采用這種控制方式的變頻器控制性能不如矢量控制變頻器，而且二者在硬件電路復(fù)雜程度上相差不大，目前采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式變頻器已基本上被矢量控制變頻器所取代§5.3閉環(huán)控制一、轉(zhuǎn)差頻率控制第二十一頁(yè)，共100頁(yè)。二、矢量控制1、概述（1）矢量控制技術(shù)自20世紀(jì)60年代提出以來，直到近十多年才得到普遍重視，技術(shù)日益成熟，并已成功的應(yīng)用到變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，取得了很好的調(diào)速性能，大多數(shù)通用變頻器均采用了矢量控制技術(shù)（2）矢量控制是通過控制變頻器輸出電流的大小、頻率及相位，維持電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磁通為設(shè)定值，產(chǎn)生所需轉(zhuǎn)矩，從而控制轉(zhuǎn)速。它是從直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法得到啟示，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)解決了大量計(jì)算問題，通過模擬直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法從而使得矢量控制方式得到實(shí)施，它使變頻器可以根據(jù)負(fù)載情況實(shí)時(shí)改變輸出頻率和電壓，因此其有效轉(zhuǎn)矩總可以滿足負(fù)載需求，從而成為高性能的異步電動(dòng)機(jī)控制方式§5.3閉環(huán)控制第二十二頁(yè)，共100頁(yè)。2、直流電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特征（1）直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速特征（a）直流電動(dòng)機(jī)包括勵(lì)磁繞組和電樞繞組兩套繞組，兩套繞組在電路上相互獨(dú)立（b）勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流IF時(shí)產(chǎn)生主磁場(chǎng)，其主磁通為ΦM，電樞繞組流過電樞電流IA產(chǎn)生電樞磁場(chǎng)，其磁通為ΦA(chǔ)，兩磁場(chǎng)在空間上互差π/2電角度（c）直流電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式為：

M=CMΦMIA§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制圖：直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

1—主磁極2—?jiǎng)?lì)磁繞組

3—電樞繞組4—電刷、換向器第二十三頁(yè)，共100頁(yè)。2、直流電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特征（1）直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速特征（d）當(dāng)勵(lì)磁電流IF恒定，主磁通ΦM大小不變，電磁轉(zhuǎn)矩M與電樞電流IA成正比，調(diào)節(jié)IA（也即調(diào)ΦA(chǔ)）就可調(diào)速（e）當(dāng)電樞電流IA一定，調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流IF大小，就可控制ΦM，也可實(shí)現(xiàn)調(diào)速（f）只需調(diào)節(jié)兩個(gè)磁場(chǎng)之一就可實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，兩者互不干擾，具有良好的控制性能§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制IFIFIFIFIF第二十四頁(yè)，共100頁(yè)。2、直流電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特征（2）異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特征（a）異步電動(dòng)機(jī)包括定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，但只有定子繞組和外部電源相接，定子電流I1是從電源吸取電流，轉(zhuǎn)子電流I2是通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。因此定子電流應(yīng)包括兩個(gè)分量：勵(lì)磁分量和負(fù)載分量。勵(lì)磁分量用于建立磁場(chǎng)，負(fù)載分量用于平衡轉(zhuǎn)子電流磁場(chǎng)（b）異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩公式可寫為：M=KMΦI2cosΦ2式中：Φ：定子繞組磁通，cosΦ2：轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)（c）由于這些電磁量為交流電磁量，且轉(zhuǎn)子電流無法測(cè)量，因此異步電動(dòng)機(jī)無法象直流電動(dòng)機(jī)那樣能直接對(duì)Φ、I2獨(dú)立分開控制§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第二十五頁(yè)，共100頁(yè)。2、直流電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速特征（3）對(duì)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的思考（a）直流電動(dòng)機(jī)之所以具有良好的動(dòng)、靜態(tài)調(diào)速性能，是因?yàn)榫哂幸粋€(gè)能獨(dú)立控制的、空間位置固定的勵(lì)磁磁通，和一個(gè)經(jīng)電刷換向器引入的電樞電流。（b）既然直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速有那么多的優(yōu)勢(shì)，調(diào)速后電動(dòng)機(jī)的性能又很優(yōu)良，那么能否將異步電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成勵(lì)磁電流和負(fù)載電流，并分別進(jìn)行控制，而它們所形成的磁場(chǎng)在空間上也能互差π／2，使異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速具有和直流電動(dòng)機(jī)類似的特點(diǎn)？（c）如果能實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能就可以和直流電動(dòng)機(jī)相差無幾了，這就是矢量控制的基本思想§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第二十六頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（1）等效變換原則（a）異步電動(dòng)機(jī)的定子電流實(shí)際上就是電源電流，將三相對(duì)稱交流電流通入異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組中，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)就是主磁場(chǎng)ФM（b）設(shè)想若將直流電流通入某種形式的繞組中，也能產(chǎn)生和上述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一樣的ФM，即將交流量變換成等效的直流量，就可以通過控制直流電流實(shí)現(xiàn)先前所說的類似直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速設(shè)想（c）根據(jù)以上等效變換原則，將定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流分量(勵(lì)磁電流)和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量(轉(zhuǎn)矩電流)分別加以控制，并同時(shí)控制兩分量間的幅值和相位，這樣即可等效于直流電動(dòng)機(jī)§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第二十七頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（2）坐標(biāo)變換的概念（a）由三相異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型可知，在研究其特性并控制時(shí)，根據(jù)等效原則，若用兩相繞組就比三相繞組簡(jiǎn)單，如果能用直流控制就比交流控制更方便。（b）為了對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)化，就必須對(duì)電動(dòng)機(jī)的參考坐標(biāo)系進(jìn)行變換，稱為坐標(biāo)變換。在研究矢量控制時(shí)，定義有三種坐標(biāo)系，即三相靜止坐標(biāo)系（3s）、兩相靜止坐標(biāo)系（2s）和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（2r）§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第二十八頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（2）坐標(biāo)變換的概念（c）三相靜止坐標(biāo)系（ABC坐標(biāo)系）當(dāng)三相交流異步電動(dòng)機(jī)三相對(duì)稱靜止繞組通入三相平衡正弦電流iABC，產(chǎn)生角速度為ω的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并按A→B→C相序旋轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)于定子交流頻率fs，其旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F，三相繞組在空間分別相差120°相互耦合，其等效模型如圖a§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第二十九頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（2）坐標(biāo)變換的概念（d）兩相靜止坐標(biāo)系（αβ坐標(biāo)系）若兩相交流電動(dòng)機(jī)的兩相靜止繞組在空間互差90°不相互耦合，通以在相位上互差90°的兩相平衡交流電流iα、iβ，也能產(chǎn)生與三相坐標(biāo)系相同的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁動(dòng)勢(shì)和角速度，其等效模型如圖b，則兩者是等效的§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第三十頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（2）坐標(biāo)變換的概念（e）兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（MT坐標(biāo)系）若有兩個(gè)匝數(shù)相等且互相垂直、互不耦合的繞組M和T，分別通入直流電流iM和iT，在空間產(chǎn)生合成磁場(chǎng)，其磁動(dòng)勢(shì)為F，如果讓包括兩個(gè)繞組在內(nèi)的鐵芯以角速度ω旋轉(zhuǎn)，則合成磁場(chǎng)隨之旋轉(zhuǎn)成為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其等效模型如圖c§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第三十一頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（2）坐標(biāo)變換的概念（e）兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（MT坐標(biāo)系）若該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁動(dòng)勢(shì)和角速度與前兩種坐標(biāo)系的均相同，則三者都是等效的（等效：三種模型物理量可等效變換）當(dāng)觀察者站在鐵芯上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，則M和T看成是兩個(gè)通以直流電流且相互垂直的靜止繞組，如果使磁通矢量Φ的方向在M軸上，就和一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)沒有本質(zhì)區(qū)別，此時(shí)M繞組相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組，T繞組相當(dāng)于電樞繞組§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第三十二頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（2）坐標(biāo)變換的概念（e）三種坐標(biāo)系變換關(guān)系在矢量控制過程中必須對(duì)異步電動(dòng)機(jī)三種等效模型進(jìn)行坐標(biāo)系變換，既要從三相ABC坐標(biāo)系變換為兩相αβ坐標(biāo)系（3s/2s變換），再?gòu)摩力伦鴺?biāo)系變換到直流MT坐標(biāo)系（2s/2r變換），并且還要進(jìn)行逆向變換三種坐標(biāo)系變換關(guān)系可表示為：iαβ=A1iABC，iABC=A1-1iαβiMT=A2iαβ

，iαβ=A2-1iMT由此需要求取變換矩陣：A1、A1-1、A2、A2-1§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第三十三頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（3）3s/2s變換（a）在3s/2s變換中使αβ坐標(biāo)系的α軸與ABC坐標(biāo)系的A軸重合，當(dāng)兩個(gè)坐標(biāo)系等效時(shí)，則有以下等效關(guān)系：寫成矩陣形式：§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制AN2iN3iAN3iCN3iBN2iβ60o60oB第三十四頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（3）3s/2s變換（b）在上式中N3、N2分別為三相、兩相繞組匝數(shù)，因總功率不變，有則變換矩陣A1：A1逆矩陣A1-1：§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制AN2iN3iAN3iCN3iBN2iβ60o60oB第三十五頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（4）2s/2r旋轉(zhuǎn)變換（a）2s/2r旋轉(zhuǎn)變換又稱矢量旋轉(zhuǎn)變換，MT坐標(biāo)系與αβ坐標(biāo)系的夾角為

，并以ω旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)子磁鏈方向與M軸方向重合（b）αβ坐標(biāo)系的兩相交流電流iα、iβ和MT坐標(biāo)系的兩相直流電流iM、iT均可合成為定子電流i1，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F1，由于F1∝i1，圖上可用i1代替F1，§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第三十六頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（4）2s/2r旋轉(zhuǎn)變換（c）i1對(duì)于αβ坐標(biāo)系來說是交流量，i1在MT坐標(biāo)系的分量iM、iT是直流量（d）通過兩次變換可得iM、iT和電磁轉(zhuǎn)矩Te公式：（e）iM可產(chǎn)生磁鏈ψr，iT與磁鏈乘積就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，當(dāng)ψr為常數(shù)時(shí)，

Te正比于iT，控制iT即可控制轉(zhuǎn)矩。如果通過變換從i1得到iM、iT，就可對(duì)磁通和轉(zhuǎn)子電流分開獨(dú)立控制，達(dá)到和直流電動(dòng)機(jī)一樣控制轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速目的§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第三十七頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（4）2s/2r旋轉(zhuǎn)變換（f）由圖可求兩坐標(biāo)系矢量變換矩陣A2：

寫成矩陣形式§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第三十八頁(yè)，共100頁(yè)。3、矢量控制中的等效變換（4）2s/2r旋轉(zhuǎn)變換（g）由于三種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效，則MT直流繞組與ABC交流繞組等效，則有：iMT=A2iαβ=A2A1iABC由上式可知MT直流繞組中的電流iM、iT與三相電流iA、iB、iC之間存在確定關(guān)系，通過控制iM、iT就可實(shí)現(xiàn)對(duì)iA、iB、iC的控制，達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的目的§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第三十九頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（1）矢量控制的實(shí)現(xiàn)（a）在前述三種繞組模型所形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，旋轉(zhuǎn)的直流繞組磁場(chǎng)無論是在繞組結(jié)構(gòu)，還是在控制方式上都和直流電動(dòng)機(jī)最為相似（b）設(shè)想有兩個(gè)相互垂直的直流繞組同處一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上，將直流電流iM勵(lì)磁電流分量和iT轉(zhuǎn)矩電流分量作為控制量通入直流繞組，記為iM*、iT

*（*表示變頻器中的控制信號(hào)，是由變頻器給定信號(hào)分解而來），通過矢量旋轉(zhuǎn)變換得兩相交流控制量iα、iβ，記為iα*、iβ*，再經(jīng)二相/三相矢量變換得三相交流控制量iA、iB、iC，記為iA*、iB*

、iC*，通過三相逆變電路控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（1）矢量控制的實(shí)現(xiàn)（c）因此通過控制iM*和iT

*中的任意一個(gè)，就可以控制iA*、iB*

、iC*，也就控制了變頻器的交流輸出電壓和頻率，通過以上變換就將交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速轉(zhuǎn)化為控制兩個(gè)直流電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制，達(dá)到與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速相似的控制效果§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十一頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（1）矢量控制的實(shí)現(xiàn)（d）這種將直流標(biāo)量作為異步電動(dòng)機(jī)外部控制量，并通過矢量坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換為交流量去控制交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速運(yùn)行的控制系統(tǒng)稱為矢量變換控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱矢量控制系統(tǒng)§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十二頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（2）矢量控制中的反饋（a）矢量控制中存在著電流反饋和速度反饋，電流反饋用于反映負(fù)載狀態(tài)，使iT

*能隨負(fù)載而變化，速度反饋反映出傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定值之間的差異，從而以最快速度進(jìn)行校正，提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。（b）在運(yùn)行過程中當(dāng)轉(zhuǎn)速相對(duì)于給定值發(fā)生變化時(shí)，通過速度反饋環(huán)節(jié)反饋到控制電路來調(diào)整控制信號(hào)，當(dāng)在基頻以下調(diào)整時(shí)，令iM*不變，只調(diào)整iT

*，以模擬直流電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下的機(jī)械特性，而在基頻以上調(diào)整時(shí)，令iT

*不變，只調(diào)整iM*，以模擬直流電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上的機(jī)械特性（c）現(xiàn)代變頻器的矢量控制按照是否需要外部轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)分為有反饋矢量控制和無反饋矢量控制§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十三頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（2）矢量控制中的反饋（d）有反饋矢量控制是指速度反饋信號(hào)由光電編碼器PG測(cè)得，來調(diào)整iM*和iT

*，以改變變頻器輸出電壓和頻率。是各方面性能比較優(yōu)越的一種控制方式，主要用于有特殊要求的負(fù)載，如：要求有較大調(diào)速范圍的龍門刨床、對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力有較高要求的精密機(jī)床、對(duì)運(yùn)行安全有較高要求的起重機(jī)械§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十四頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（2）矢量控制中的反饋（e）無反饋矢量控制現(xiàn)代變頻器又推廣使用了無速度傳感器矢量控制技術(shù)，它的速度反饋信號(hào)不是來自速度傳感器，而是通過CPU對(duì)電動(dòng)機(jī)各種參數(shù)進(jìn)行計(jì)算得到的一個(gè)轉(zhuǎn)速反饋計(jì)算值，由該計(jì)算值與給定值之間的差異來調(diào)整iM*和iT

*，以改變變頻器輸出電壓和頻率。這里“無反饋”是指不需要用戶在變頻器外部再加其他反饋環(huán)節(jié)，矢量控制時(shí)變頻器內(nèi)部還是存在反饋的§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十五頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（3）轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)（a）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括速度、磁鏈、電流閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向指在MT坐標(biāo)系上轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)ψr與M軸重合§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十六頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（3）轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)（b）工作過程從電動(dòng)機(jī)定子側(cè)測(cè)出定子電流iA、iC和定子電壓uAB、uBC

iA、iC經(jīng)ABC坐標(biāo)系→αβ坐標(biāo)系變換得iα、iβ，uAB、uBC也經(jīng)3s/2s變換得uα、uβ§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十七頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（3）轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)（b）工作過程iα、iβ、uα、uβ同時(shí)送積分器得ψrα、ψrβ，經(jīng)過磁通分量運(yùn)算器得|ψr|、sin、cos,這兩個(gè)三角函數(shù)和iα、iβ經(jīng)αβ坐標(biāo)系→MT坐標(biāo)系變換可得iM、iT，直流量iM、|ψr|作為系統(tǒng)反饋量§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十八頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（3）轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)（b）工作過程系統(tǒng)有兩個(gè)輸入端，其一是轉(zhuǎn)速給定值n*，與實(shí)際轉(zhuǎn)速n比較后進(jìn)入速度調(diào)節(jié)器得轉(zhuǎn)矩給定值T*，經(jīng)過除法器除以|ψr|得電流給定值iT*，iT*與實(shí)際iT比較后經(jīng)電流調(diào)節(jié)器得電壓給定值uT*§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第四十九頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（3）轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)（b）工作過程另一輸入為磁鏈給定值|ψr|*，與實(shí)際磁鏈|ψr|比較后進(jìn)入磁鏈調(diào)節(jié)器得電流給定值iM*，iM*與實(shí)際iM比較后經(jīng)電流調(diào)節(jié)器得另一電壓給定值uM*，將直流電壓uM*、uT*經(jīng)MT坐標(biāo)系→αβ坐標(biāo)系→ABC坐標(biāo)系變換得三相給定電壓uA*、uB*

、uC*作為逆變電路開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)控制電壓，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速控制§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第五十頁(yè)，共100頁(yè)。4、矢量控制系統(tǒng)（4）矢量控制系統(tǒng)特點(diǎn)采用矢量控制使異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速可獲得和直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速相媲美的高精度速度及轉(zhuǎn)矩控制特性（a）調(diào)速精度高，控制靈活，具有恒功率控制、轉(zhuǎn)矩按比例控制等優(yōu)良特性（b）可實(shí)現(xiàn)快速四象限運(yùn)行，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，且可控制失速轉(zhuǎn)矩（c）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，低速時(shí)可采用減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)措施可擴(kuò)大調(diào)速范圍（d）矢量控制不足之處是控制特性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)影響較大，需要輸入準(zhǔn)確的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，否則轉(zhuǎn)矩控制不夠準(zhǔn)確§5.3閉環(huán)控制二、矢量控制第五十一頁(yè)，共100頁(yè)。三、直接轉(zhuǎn)矩控制1、概述（1）矢量控制系統(tǒng)的性能受電動(dòng)機(jī)參數(shù)影響較大，轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確計(jì)算和觀測(cè)比較困難，實(shí)際控制效果難于達(dá)到理論分析的結(jié)果，并且矢量變換計(jì)算復(fù)雜（2）直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制之后發(fā)展起來的另一種高性能的異步電動(dòng)機(jī)控制方式，它不是通過控制電流、磁通等來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為控制量來控制，魯棒性強(qiáng)、轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算簡(jiǎn)便，該技術(shù)在很大程度上解決了上述矢量控制的不足，并以新穎的控制思想、簡(jiǎn)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的動(dòng)靜態(tài)性能得到了迅速發(fā)展§5.3閉環(huán)控制第五十二頁(yè)，共100頁(yè)。2、基本原理（1）直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)采用空間矢量的分析方法，不需要將交流電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)來模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制，也不需要為解耦而簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換中的許多復(fù)雜計(jì)算，直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，采用定子磁場(chǎng)定向，根據(jù)檢測(cè)的定子電壓和電流信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，觀測(cè)出定子磁鏈空間位置和大小并保持其幅值基本恒定，并直接控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩§5.3閉環(huán)控制三、直接轉(zhuǎn)矩控制第五十三頁(yè)，共100頁(yè)。2、基本原理（2）直接轉(zhuǎn)矩控制模型如圖§5.3閉環(huán)控制三、直接轉(zhuǎn)矩控制第五十四頁(yè)，共100頁(yè)。2、基本原理（2）直接轉(zhuǎn)矩控制把給定信號(hào)分解成轉(zhuǎn)矩信號(hào)和磁鏈信號(hào)，采用分別控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和磁鏈方式，即在系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)再設(shè)置磁鏈內(nèi)環(huán)，在兩相靜止坐標(biāo)系上構(gòu)成轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈反饋信號(hào)，根據(jù)定子磁鏈ψs和轉(zhuǎn)矩Te數(shù)學(xué)模型：通過計(jì)算將得出的數(shù)值與給定值比較后作為控制信號(hào)，采用雙位式（band-band）控制代替線性調(diào)節(jié)器去選擇電壓空間矢量控制的逆變電路開關(guān)器件狀態(tài)順序及持續(xù)時(shí)間，對(duì)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈進(jìn)行精確控制§5.3閉環(huán)控制三、直接轉(zhuǎn)矩控制第五十五頁(yè)，共100頁(yè)。3、特點(diǎn)（1）直接轉(zhuǎn)矩控制在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，直接控制磁鏈、轉(zhuǎn)矩，計(jì)算簡(jiǎn)單（2）直接轉(zhuǎn)矩控制以定子磁場(chǎng)定向，只需定子參數(shù)，而不需隨轉(zhuǎn)速變化的不易測(cè)定的轉(zhuǎn)子參數(shù)，減少了參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響（3）直接轉(zhuǎn)矩控制用電壓矢量直接控制轉(zhuǎn)矩，控制信號(hào)的物理概念明確（4）直接轉(zhuǎn)矩控制中轉(zhuǎn)矩和磁鏈都采用帶滯環(huán)的band-band控制兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器，把誤差限制在容許范圍內(nèi)，控制直觀、簡(jiǎn)潔§5.3閉環(huán)控制三、直接轉(zhuǎn)矩控制第五十六頁(yè)，共100頁(yè)。§5.4數(shù)字控制一、概述1、變頻調(diào)速的數(shù)字控制系統(tǒng)由大規(guī)模集成電路和微機(jī)組成2、數(shù)字控制器與模擬控制器相比較，具有可靠性高、參數(shù)調(diào)整方便、更改控制策略靈活、控制精度高、對(duì)環(huán)境因素不敏感等優(yōu)點(diǎn)，成為今后調(diào)速控制系統(tǒng)發(fā)展的方向第五十七頁(yè)，共100頁(yè)。二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用1、概述（1）變頻調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)中的許多環(huán)節(jié)（如：SPWM信號(hào)發(fā)生器、矢量變換單元等）均已采用大規(guī)模數(shù)字集成電路構(gòu)成，采用全數(shù)字化操作，可編程、可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信連接，常用的如：MA818、HEF4752、SLE4520（2）MA818：工作頻率高，三角載波頻率達(dá)24kHz，輸出調(diào)制頻率達(dá)4kHz，采用規(guī)則采樣法生成SPWM波形，適合于IGBT逆變器（3）HEF4752：輸出調(diào)制頻率在1kHz以下，采用不對(duì)稱規(guī)則采樣法生成SPWM波形，適合于GTR、GTO逆變器（4）SLE4520：輸出調(diào)制頻率達(dá)20kHz，采用雙極性等面積法與微機(jī)配合生成SPWM波形，適合于IGBT逆變器§5.4數(shù)字控制第五十八頁(yè)，共100頁(yè)。2、SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成專用集成電路HEF4752（1）概述（a）HEF4752是飛利浦公司采用LOCMOS工藝生產(chǎn)的全數(shù)字化三相SPWM波生成集成電路（b）這種芯片既可用于有強(qiáng)迫換相電路的三相晶閘管變頻器，也可用于全控型開關(guān)器件構(gòu)成的變頻器。對(duì)于后者，可輸出頻率可調(diào)(0～200Hz)的三相對(duì)稱SPWM波控制信號(hào)，并且可使輸出電壓隨輸出頻率呈線性變化（c）HEF4752采用多載波比自動(dòng)切換方式，隨著逆變器的輸出頻率降低，有級(jí)地自動(dòng)增加載波比，從而抑制低頻輸出時(shí)因高次諧波產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈沖和噪聲等所造成的惡劣影響，且能使逆變器輸出電壓同步調(diào)節(jié)（d）由于它生成的SPWM波的最大開關(guān)頻率比較低，一般在1kHz以下，所以較適于以GTR或GTO為開關(guān)器件的變頻器，而不適于IGBT變頻器§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第五十九頁(yè)，共100頁(yè)。2、SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成專用集成電路HEF4752（2）引腳功能HEF4752為28腳雙列直插式芯片，它有12個(gè)逆變器驅(qū)動(dòng)輸出端，3個(gè)控制輸出端，7個(gè)控制輸入端，4個(gè)時(shí)鐘輸入輸出端，2個(gè)電源端。分別簡(jiǎn)要說明如下：（a）12個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出端三相變頻器開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)輸出端R相的ORM1、ORM2（第一個(gè)字母表示輸出口，第二個(gè)字母表示相序，M表示開關(guān)器件，數(shù)字1、2分別表示該相上下橋臂）；Y相的OYM1、OYM2；B相的OBM1、OBM2。這里用R、Y、B區(qū)別三相，分別對(duì)應(yīng)于前面所用U、V、W§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十頁(yè)，共100頁(yè)。2、SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成專用集成電路HEF4752（2）引腳功能

（a）12個(gè)驅(qū)動(dòng)輸出端三相變頻器換相電路輔助開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)輸出端R相的ORC1、ORC2(C表示換相輸出)；Y相的OYC1、OYC2；B相的OBC1、OBC2（b）4個(gè)時(shí)鐘輸入輸出端FCT為頻率控制時(shí)鐘輸入端，用以控制SPWM波的基波頻率（即變頻器輸出頻率）VCT為電壓控制時(shí)鐘輸入端，用以控制變頻器輸出的SPWM基波電壓有效值U§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十一頁(yè)，共100頁(yè)。2、SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成專用集成電路HEF4752（2）引腳功能

（b）4個(gè)時(shí)鐘輸入輸出端RCT為最高開關(guān)頻率基準(zhǔn)時(shí)鐘輸入端，用以限定變頻器開關(guān)器件的最高開關(guān)頻率OCT為輸出延遲時(shí)鐘，它與輸入端K的電平相配合控制每一相上、下橋臂兩個(gè)功率開關(guān)器件開通的延遲（即死區(qū)時(shí)間td）§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十二頁(yè)，共100頁(yè)。2、SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成專用集成電路HEF4752（2）引腳功能

（c）7個(gè)控制輸入端K端，它與OCT端配合控制死區(qū)時(shí)間L端為啟動(dòng)／停止控制端，當(dāng)L=1時(shí)允許驅(qū)動(dòng)輸出端輸出SPWM信號(hào)；L=0時(shí)禁止輸出，驅(qū)動(dòng)輸出端全部為低電平§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十三頁(yè)，共100頁(yè)。2、SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成專用集成電路HEF4752

（2）引腳功能

（c）7個(gè)控制輸入端CW端為相序控制端。CW=1時(shí)，設(shè)相序?yàn)镽YB(對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)三相相序?yàn)閁VW)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；CW=0時(shí)則相序?yàn)镽BY(UWV)，即電動(dòng)機(jī)反方向運(yùn)轉(zhuǎn)I端用以使HEF4752適用于所控制的變頻器類型。當(dāng)變頻器主回路使用晶閘管功率器件時(shí)，應(yīng)使I=l;使用GTR或GTO等自關(guān)斷功率器件時(shí)，應(yīng)使I=0§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十四頁(yè)，共100頁(yè)。2、SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成專用集成電路HEF4752（2）引腳功能

（c）7個(gè)控制輸入端A端為復(fù)位輸入控制端B端為芯片制造廠家測(cè)試用的端子，使用時(shí)應(yīng)接地C端功能及用途同B端（d）3個(gè)控制輸出端RSYN為R相同步信號(hào)輸出，供示波器外同步用UAV為模擬變頻器輸出線電壓值的信號(hào)，供測(cè)試用CSP為變頻器開關(guān)信號(hào)輸出，用以指示變頻器開關(guān)頻率值§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十五頁(yè)，共100頁(yè)。2、SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成專用集成電路HEF4752（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)

HEF4752內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖，它由三個(gè)計(jì)數(shù)器，即FCT計(jì)數(shù)器、VCT計(jì)數(shù)器、RCT計(jì)數(shù)器，一個(gè)譯碼器，三個(gè)輸出口以及供生產(chǎn)廠家測(cè)試用的試驗(yàn)電路組成§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十六頁(yè)，共100頁(yè)。2、SPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成專用集成電路HEF4752（4）應(yīng)用如圖為HEF4752變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，采用雙邊調(diào)制法生成三相SPWM波形驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)GTR逆變電路輸出三相VVVF交流電源驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十七頁(yè)，共100頁(yè)。3、AD2S100矢量控制處理芯片（1）概述（a）AD2S100矢量控制處理芯片是美國(guó)AD公司生產(chǎn)的矢量控制專用處理器（b）該芯片可實(shí)現(xiàn)3φ/2φ、2φ/3φ正交矢量旋轉(zhuǎn)變換，用于異步電動(dòng)機(jī)和永磁無刷電動(dòng)機(jī)的矢量控制，在高動(dòng)態(tài)性能通用變頻器常用該種芯片（2）結(jié)構(gòu)原理原理框圖§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十八頁(yè)，共100頁(yè)。3、AD2S100矢量控制處理芯片（2）結(jié)構(gòu)原理（a）AD2S100矢量控制處理器內(nèi)部電路包括兩次矢量變換，一是根據(jù)三相交流輸入信號(hào)進(jìn)行3φ/2φ變換，經(jīng)變換后的兩相分量即矢量的實(shí)部和虛部在空間上相互垂直，根據(jù)該矢量進(jìn)行解耦計(jì)算，達(dá)到控制磁場(chǎng)目的§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第六十九頁(yè)，共100頁(yè)。3、AD2S100矢量控制處理芯片（2）結(jié)構(gòu)原理（b）二是將解耦計(jì)算結(jié)果進(jìn)行2φ/3φ逆變換，把兩相計(jì)算信號(hào)結(jié)果轉(zhuǎn)換為三相變頻信號(hào)，從而達(dá)到矢量控制的目的§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第七十頁(yè)，共100頁(yè)。3、AD2S100矢量控制處理芯片（3）引腳功能采用44腳塑封形式，±5V供電，輸入信號(hào)高電平最大±3.3V，高電壓端最大±4.25V，工作頻率50kHz，輸出三相信號(hào)幅值誤差典型值為0.35%，角度誤差典型值為0.15°§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第七十一頁(yè)，共100頁(yè)。3、AD2S100矢量控制處理芯片（3）引腳功能§5.4數(shù)字控制二、大規(guī)模集成電路及應(yīng)用第七十二頁(yè)，共100頁(yè)。三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用1、概述（1）在變頻器數(shù)字控制中普遍采用微機(jī)如：?jiǎn)纹瑱C(jī)、多CPU處理器、DSP數(shù)字信號(hào)處理器等，特別是單片機(jī)構(gòu)成計(jì)算機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，具有測(cè)量控制精度高、信號(hào)處理速度快速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)（2）微機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的控制功能見下圖：（a）執(zhí)行起動(dòng)、停止、運(yùn)行順序（b）編程和執(zhí)行保護(hù)順序（c）產(chǎn)生并輸出脈沖波形（d）控制用運(yùn)算處理（e）控制用常數(shù)設(shè)定§5.4數(shù)字控制第七十三頁(yè)，共100頁(yè)。2、用微機(jī)生成SPWM波形（1）以微機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字控制生成SPWM逆變器控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)的方法應(yīng)用日益廣泛（a）傳統(tǒng)的模擬調(diào)制法（模擬實(shí)現(xiàn)法）采用模擬電路利用控制波和載波信號(hào)的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件通斷生成SPWM波形（b）模擬調(diào)制法生成SPWM波形的過程可采微機(jī)系統(tǒng)來完成，稱為軟件計(jì)算法，方法是控制波的脈寬時(shí)間由計(jì)算機(jī)按照某種采樣原則計(jì)算生成，時(shí)間的控制通過定時(shí)器來完成，目前已有多種采樣原則，常用的有自然采樣法和對(duì)稱規(guī)則采樣法§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第七十四頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（1）結(jié)構(gòu)原理GR：頻率給定H：信號(hào)指示FA：保護(hù)電路UR：不可控整流電路TA：電流互感器UI：SPWM逆變電路SLE4520：SPWM信號(hào)發(fā)生器8031：?jiǎn)纹瑱C(jī)§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第七十五頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（a）概述SLE4520是西門子公司生產(chǎn)的一種低功耗高頻率大規(guī)模全數(shù)字化CMOS專用集成電路，是一個(gè)8位可編程脈寬調(diào)制器，可同時(shí)將三個(gè)8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換成三路相應(yīng)脈寬的波形信號(hào)將SLE4520與8位或16位單片機(jī)配合使用，就可產(chǎn)生三相逆變電路所需的6路控制信號(hào)，由于軟件編程的靈活性，幾乎可以實(shí)現(xiàn)任意形狀的波形調(diào)制和任意相位關(guān)系，輸出的SPWM波的開關(guān)頻率可達(dá)20kHz，基波頻率可達(dá)2600Hz。因此適用于MOSFET、IGBT變頻器或其他中頻電源變頻器§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第七十六頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（b）SLE4520管腳功能SLE4520為雙列直插式28腳芯片，它有13個(gè)輸入端、5個(gè)控制端、8個(gè)輸出端、2個(gè)電源端。說明如下：13個(gè)輸入端

①XTALl(2腳)、XTAL2（3腳），為外晶振輸入端，可外接12MHz晶振，為SLE4520內(nèi)部各單元電路提供一個(gè)外接參考時(shí)鐘②P7～P0（4腳～11腳）為8位數(shù)據(jù)輸入端，與8位CPU數(shù)據(jù)總線相接。其功能是將微機(jī)輸出命令或數(shù)據(jù)送入SLE4520§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第七十七頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（b）SLE4520管腳功能13個(gè)輸入端

③WR(24腳)，為來自微機(jī)的脈沖信號(hào)輸入端，與微機(jī)WR相連。當(dāng)該端為低電平時(shí)，將來自微機(jī)地址數(shù)據(jù)寫到SLE4520地址鎖存器④ALE（25腳），為來自微機(jī)的地址鎖存允許脈沖信號(hào)輸入端，與微機(jī)的ALE相連。它與來自微機(jī)的WR信號(hào)一起根據(jù)程序中設(shè)定的地址信號(hào)對(duì)SLE4520內(nèi)部的3個(gè)8位數(shù)據(jù)寄存器，2個(gè)4位控制寄存器進(jìn)行選擇§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第七十八頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（b）SLE4520管腳功能13個(gè)輸入端

⑤SYNC（27腳），為來自微機(jī)的觸發(fā)脈沖信號(hào)輸入端，與微機(jī)的輸出端相連。該端輸入信號(hào)控制3個(gè)可預(yù)置8位減法計(jì)數(shù)器是否開始進(jìn)行遞減運(yùn)算§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第七十九頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（b）SLE4520管腳功能5個(gè)控制端①CLEARSTATUS(21腳)及SETSTATUS(22腳)，為通斷狀態(tài)觸發(fā)器的兩個(gè)輸入端，即清零端與置位端，可接保護(hù)電路的輸出或接微機(jī)輸出。清零端有效則開通SLE4520的SPWM信號(hào)輸出端；置位端有效則關(guān)斷SPWM信號(hào)輸出端§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（b）SLE4520管腳功能5個(gè)控制端②RES(23腳)，為SLE4520的復(fù)位端，可與微機(jī)復(fù)位電路的輸出相連。該端為高電平時(shí)，使SLE4520內(nèi)部各狀態(tài)鎖存器、計(jì)數(shù)器等復(fù)位，保證開機(jī)時(shí)從相同的狀態(tài)開始工作§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十一頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（b）SLE4520管腳功能5個(gè)控制端③CS（26腳），為SLE4520的片選信號(hào)輸入端，可與微機(jī)系統(tǒng)的譯碼電路輸出端相連。該端為高電平時(shí)，SLE4520芯片被選通工作；為低電平時(shí)，該芯片不工作④INHIBIT（19腳），為脈沖封鎖端，接保護(hù)電路的輸出。該端為高電平時(shí)SLE4520的輸出全被封鎖，可用作變頻器各種故障保護(hù)的封鎖脈沖端§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十二頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（b）SLE4520管腳功能8個(gè)輸出端①PHl/1(18腳)、PHl/2（17腳）、PH2/1（16腳）、PH2/2（14腳）、PH3/1（13腳）、PH3/2（12腳），分別為變頻器三相上、下橋臂開關(guān)器件的控制信號(hào)輸入端，接三相變頻器驅(qū)動(dòng)電路的輸入端，提供驅(qū)動(dòng)三相變頻器的SPWM信號(hào)§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十三頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（b）SLE4520管腳功能8個(gè)輸出端②STATUS（20腳），為通斷狀態(tài)觸發(fā)器的輸出端，可接一個(gè)指示器，以指示SLE4520狀態(tài)是在輸出驅(qū)動(dòng)變頻器狀態(tài)還是在封鎖輸出狀態(tài)③CLKOUT(28腳)，為晶振頻率輸出端，接微機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，使微機(jī)系統(tǒng)的時(shí)鐘與SLE4520的時(shí)鐘保持同步§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十四頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（b）SLE4520管腳功能2個(gè)電源端①UDD（1腳），為電源正端，接+5V電源②Uss（15腳），為電源負(fù)端，接地§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十五頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（c）內(nèi)部結(jié)構(gòu)§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十六頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（c）內(nèi)部結(jié)構(gòu)SLE4520共包括17個(gè)單元電路：三個(gè)（對(duì)應(yīng)于U、V、W三相的）8位數(shù)據(jù)鎖存器，三個(gè)可預(yù)置數(shù)的8位計(jì)數(shù)器，三個(gè)過零檢測(cè)器，一個(gè)4分頻鎖存器，一個(gè)可編程l:n預(yù)置分頻器，一個(gè)4位死區(qū)時(shí)間寄存器，一個(gè)1:4地址譯碼鎖存器，一個(gè)通斷控制觸發(fā)器，一個(gè)振蕩器，以及一個(gè)脈沖放大器。這些單元電路分別與SLE4520內(nèi)部數(shù)據(jù)總線或控制總線相連SLE4520采用內(nèi)部譯碼結(jié)構(gòu)，各寄存器地址見表§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十七頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（c）內(nèi)部結(jié)構(gòu)SLE4520芯片內(nèi)部集成一個(gè)振蕩電路，外接一定頻率晶體振蕩器，就可得相應(yīng)頻率時(shí)鐘信號(hào)，該信號(hào)還可提供給8031單片機(jī)作時(shí)鐘頻率信號(hào)片內(nèi)同時(shí)集成有一個(gè)可編程分頻器，分頻因數(shù)有8級(jí)，可根據(jù)不同要求對(duì)晶振頻率進(jìn)行分頻芯片外部設(shè)置有一個(gè)8位數(shù)據(jù)總線接口，通過內(nèi)部三個(gè)8位寄存器接收三相脈寬調(diào)制數(shù)字量信號(hào)，兩個(gè)4位寄存器接收死區(qū)時(shí)間和分頻因數(shù)一個(gè)地址譯碼鎖存器對(duì)芯片內(nèi)各寄存器地址進(jìn)行鎖存譯碼§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十八頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（2）SLE4520可編程三相SPWM集成控制器（c）內(nèi)部結(jié)構(gòu)為防止從通電到芯片開始正常工作這段時(shí)間內(nèi)輸出信號(hào)電平失去控制造成逆變主電路短路，設(shè)置一個(gè)“禁止INHIBIT”輸入信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)6路輸出均被強(qiáng)制為高電平狀態(tài)，即輸出被閉鎖集成了一個(gè)RS觸發(fā)器，當(dāng)它的SET-STATUS端置高電平時(shí)則禁止輸出，當(dāng)它的CLEAR-STATUS端置高電平時(shí)則開放輸出設(shè)置一個(gè)狀態(tài)輸出端，可用于顯示或單片機(jī)應(yīng)答§5.4數(shù)字控制三、計(jì)算機(jī)在變頻調(diào)速中的應(yīng)用第八十九頁(yè)，共100頁(yè)。3、單片機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)（3）系統(tǒng)工作原理（a）由頻率給定環(huán)節(jié)