变压变频调速的基本控制方式Word文件下载.docx
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当电动势值较高时,忽略定子绕组的漏磁阻抗压降,而认为
案UsEg,则得Us常值
定子相电压工,这是恒压频比的控制方式。
低频时,US和Eg都较小,定子漏磁阻抗压降所占的份量就比较显著,不再能忽
略。
这时,可以人为地把电压US抬高一些,以便近似地补偿定子压降。
带定子压降
补偿的恒压频比控制特性示于图6-1中的b线,无补偿的控制特性则为a线
6.1.2基频以上调速
在基频以上调速时,频率从fiN向上升高,保持Us=USN,这将迫使磁通与频率
成反比地降低,相当于直流电动机弱磁升速的情况。
把基频以下和基频以上两种情况
的控制特性画在一起,如图6-2所示。
图6-2异步电机变压变频调速的控制特性
在基频以下,磁通恒定,属于“恒转矩调速”性质,而在基频以上,转速升高时磁通降低,基本上属于“恒功率调速”o
6.2.1恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性
当定子电压Us和电源角频率Si恒定时,可以改写成如下形式:
='
2SiRr′
Te3np3)(sRs+Rr‛)2+S%2(目Llr)2
一,,2
当s很小时,忽略分母中含s各叽则Te荒3nps,转矩近似与s成
iRr
正比,机械特性T=f(s)是一段直线,见图63。
当接近于1时,可忽略分母中的R,
则
2
'
__Us1Rr1
Te「毒3npI—J,一,s接近于1时转矩近似与s成反比,
[&
s[Rs2+312(L寸Llr)2]s
这时,Te7⑸是对称于原点的一段双曲线。
当
s为以上两段的中间数值时,机械特
6-3所75。
性从直线段逐渐过渡到双曲线段,如图
6.2.2基频以下电压-频率协调控制时的机械特性
1.恒压频比控制(Us户1=恒值)
60160
向少转速n0随频率文化n0-,市负载时的转速降洛nsn力==©
1,
K兀
2np2np
Rr'
Te一
在机械特性近似直线段上,可以导出s。
1之1,由此可见,当Us21为恒
Us3np「1
值时,对于同一转矩Te,s嘲是基本不变的,An也是基本不变的。
在恒压频比的条件
下改变频率01时,机械特性基本上是平行下移,如图6-4所示。
频率越低时最大转矩值越小,最大转矩Temax是随着硒的降低而减小的。
频率很
低时,Temax太小将限制电动机的带载能力,采用定子压降补偿,适当地提高电压Us,
可以增强带载能力、见图6-4o
non
1N
noi
no2
no3
O
Te
-1N
词谟;
12:
昏您13
—一一二
补偿定子压
降后的特性
图6-4恒压频比控制时变频调速的机械特性
2.恒Eg/陋1控制
Eg一气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势;
Es一定子全磁通在定子每相绕
组中的感应电动势;
Er一转子全磁通在转子绕组中的感应电动势(折合到定子边)
在电压-频率协调控制中,恰当地提高电压
Us,克服定子阻抗压降以后,能维持
Eg/01为恒值(基频以下),则无论频率高低,每极磁通
①均为常值,由等效电路得
m
转子电流和电磁转矩
Eg
■
■50
I2
Rr
1
鹤岗2L
1|r
3np
Te一(D
F।
Rr2
这就是恒
Eg/1
Eg2
s
2'
J,
.3n
[31
siRr
R'
2s212Llr'
时的机械特性方程式。
很小时,
忽略分母中含s项,则Te%3n
Egs1..………
P3o'
s,机械特性的这一段
1R
r
近似为
当s接近于1
时,
可忽略分母中的R'
2项,则
1-急c
Te3n
s1L'
lr2
工一,这是一段双曲线。
将Te对s求导,弁令dTe/ds=0,可得恒
Eg产1控制特性在最大转矩时的转差率
3.恒Er/
R3Eg
sm=和取大转矩Temax三^np|
L
1lr21
可见恒Eg/01控制的稳态性能是优于恒U
定子压降所追求的目标。
如果把电压-频率协调控制中的电压U
掉,得到恒Er/1渐制,Ir
2,L2
3npErRErs1
Te-:
--3np—■一
2>
1Rr12s1Rr
:
qJs/
.,当Eg扬1为恒值时,Temax恒定不变。
Lir
s/81控制的,它正是恒Us/01控制中补偿
1控制
s再进一步提高,把转子漏抗的压降也抵消
Er
电磁转矩
Rr/s
机械特性Te=f(s)完全是一条直线,也
把它画在图
6-6上。
显然,恒Er/1控制的稳态怫能最好,可以获得和直流电动机一
样的线性机械特性。
气隙磁通的感应电动势①,转子全磁通的感应电动势
Eg对应于气隙磁通幅值m
Er对应于转子全磁通幅值①rm:
Er=4.44f1NskNsGm,只要能够按照转子全磁通幅
值①rm恒值进行控制,就可以获得恒Er/1
ab蓝绿广
恒Eg/51控制
/怛Us/)1控制
If
10Te
图6-6不同电压-频率协调控制方式时的机械特性
4.小结
恒压频比(Us/埔1=恒值)控制最容易实现,变频机械特性基本上是平行下移,硬度也较好,能够满足一般的调速要求,但低速带载能力有些差强人意,须对定子压降实行补偿。
恒Eg/31控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准,可以在稳态时达到
①m二恒值,从而改善了低速性能。
但机械特性还是非线性的,产生转矩的能力仍受
到限制。
恒Er/1控制可以得到和直流他励电动机一样的线性机械特性,按照转子全磁通
①rm恒定进行控制即得Er/d=恒值,在动态中也尽可能保持①rm恒定是矢量控制系统
所追求的目标,当然实现起来是比较复杂的。
6.2.3基频以上恒压变频时的机械特性
Te-3npUsN2
&
在基频f1N以上变频调速时,由于电压Us=UsN不变,机械特性方程式
2净22
1(sRsRr)2s212(血Llr)
最大转矩Temax二npUsN
+上+]
Rs212(LlsLlr)2
当角频率ai提高时,同
步转速随之提高,最大转矩减小,机械特性上移,而形状基本不变,如图6-7所示。
由于频率提高而电压不变,气隙磁通势必减弱,导致转矩的减小,但转速却升高
了,可以认为输出功率基本不变。
所以
基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。
图6-7基频以上恒压变频调速的机械特性
6.4变压变频调速系统中的脉宽调制(
PWM)技术
掌握脉宽调制(PWM)技术的基本原埋及实现方法。
电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术:
空间矢量的定义,电压与磁链空间矢量的关系,六拍阶梯波逆变器与正六边形空间
旋转磁场,电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制。
教学教具与方法
6.4.1正弦波脉宽调制(SPWM)技术
以正弦波作为作为调制波(Modulationwave),以频率比调制波高得多的等腰
三角波作为载波(Carrierwave),由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻,从而获得两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。
按照波形面积相等的原则,每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相
等,因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效。
这种调制方法称作正弦波脉宽调制
(Sinusoidalpulsewidthmodulation,简称SPWM),这种序列的矩形波称作
SPWM波。
6.4.3电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术
若能对电流实行闭环控制,以保证其正弦波形,显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。
常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪PWM(CHBPWM,
CurrentHysteresisBandPWM)控制,具有电流滞环跟踪PWM控制的PWM变压变频器
的控制原理图示于图6-22。
U
V
W
3
VT
6
4
V2
V3
Ud
-'
Jwj,,,I
+iW
VT1
+,iV
5
图6-22三相电流跟踪型PWM逆变电路
采用电流滞环跟踪控制时,变压变频器的电流波形与PWM电压波形示于图
6-23,输出电流ia与给定值ia*之间的偏差保持在土h范围内,在正弦波ia*上下作锯
齿状变化。
图6-23电流滞环跟踪控制时的电流波形
a)电流波形b)电压波形
6.4.4电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术(或称磁链跟踪控制技
把逆变器和交流电动机视为一体,按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工
作,这种控制方法称作“磁链跟踪控制”,磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间
矢量得到的,所以又称“电压空间矢量PWM(SVPWM,SpaceVectorPWM)控制”。
1.空间矢量的定义
交流电动机绕组的电压、电流、磁链等物理量都是随时间变化的,分析时常用
时间相量来表示,但如果考虑到它们所在绕组的空间位置,也可以定义为空间矢量,在
图6-25。
\V
\/二X
\.jr
‘J"
产二期
I翰口"
}
Z
/-
图6-25电压空间矢量
定义三个定子电压空间矢量uA0,UB0,UC0,使它们的方向始终处于各相绕
组的轴线上,而大小则随时间按正弦规律脉动,时间相位互相错开的角度也是
120°
。
三相定子电压空间矢量的合成空间矢量Us是一个旋转的空间矢量,它的幅
值不变,是每相电压值的3/2倍,当电源频率不变时,合成空间矢量us以电源角频
率3为电气角速度作恒速旋转。
当某一相电压为最大值时,合成电压矢量
1us就落
在该相的轴线上。
合成空间矢量Us-UA0+uB0+UC0。
与定子电压空间矢量相仿,
可以定义定子电流和磁链的空间矢量I和3。
2.电压与磁链空间矢量的关系
』4dWs
用合成空间矢量表示的定子电压方程式:
Us-RsIs2d,当电动机转速不是
dt
很低时,定子电阻压降所占的成分很小,可忽略不计,则定子合成电压与合成磁链
空间矢量的近似关系为usW—s或骤Jusdt。
当电动机由三相平衡正弦电压供电时,电动机定子磁链幅值恒定,其空间矢量
以恒速旋转,磁链矢量顶端的运动轨迹呈圆形(称为磁链圆)。
这样的定子磁链旋
转矢量可表示为Ws弋Tme'
1。
dj(it'
j
可得Usfc_(Wmej11biWme由匕3-e2,当磁链幅值Wm一定时,Us
的大小与®
1(或供电电压频率fl)成正比,其方向则与磁链矢量Ws正交,即磁链
圆的切线方向,如图6-26所示。
当磁链矢量在空间旋转一周时,电压矢量也连续地按磁链圆的切线方向运动2弧度讥其轨迹与磁链圆重合。
这样,电动机旋转磁场的轨迹问题就可转化为电压空间矢量的运动轨迹问题。
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