交流调速系统综述

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1、交流调速系统综述班级：电气08-13班姓名：高福龙学号：31号交流调速系统综述　交流异步电动机电力拖动系统有多种调速方法，常见的有降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速、串级调速和双馈电动机调速、变极对数调速和变压变频调速等．其中仅变压变频调速能够做到调速范围宽、效率高、动态性能好，因此得到了快速发展和广泛应用，变压变频调速技术使同步电动机可以应用到交流调速控制系统中．变压变频调速系统一般简称为变频调速系统，当采用变压变频调速时转差功率不随转速变化，在采取一定的技术措施后能够实现高动态性能，使得交流调速系统的性能可与直流调速系统相媲美。纵观异步电动机变压变频调速技

2、术的发展，先后出现了大量有代表性的方式方法，现代控制理论的引入给变压变频调速控制策略的发展注入了新的活力，本文以此为线索对异步电动机的变压变频调速控制策略作了详述。一　基于稳态模型的控制调速的根本在于实现对电磁转矩的控制，早期的异步电动机交流调速系统基于异步电动机的Ｔ型稳态等效电路来建立电磁转矩的稳态数学模型，无法实现高效的电磁转矩控制，因而得不到理想的动态性能，但是由于系统结构简单，在不需要高动态性能的场合如风机和水泵中得到广泛应用。1、转速开环、恒压频比控制转速开环、恒压频比控制的关键在于协调控制电压和频率，在保证电压频率比Ｕs／ω1不变即气隙磁通量不变的前提下，

3、通过改变异步电动机的同步转速来实现调速。当转差频率ωｓ较小时，电磁转矩公式近似为式中:ｎｐ为极对数,Uｓ为定子电压,ω１为电源角频率,Ｒ′ｒ为根据异步电动机的稳态等效电路折算到定子侧的转子每相电阻。当电磁转矩一定时，转差频率不变，因此带负载时的转速降不变，可以通过改变定子电压频率来平滑地改变同步转速，从而实现调速。在实际应用中，当频率较低时需要对Ｕｓ进行补偿以避免定子压降的影响。转速开环、恒压频比控制由于无法控制电磁转矩，动态性能不理想，调速范围窄。2、转速闭环、转差频率控制从式（1）可以看出，若能够实现对ωｓ的控制则能够控制电磁转矩，从而提高系统的动态性能。在转速开

4、环、恒压频比的基础上进行转速闭环控制，在稳态情况下，当给定电压频率突然增加时，电机转速来不及变化，因此转差频率增大，电磁转矩增大，电机转速上升，这是转速闭环、转差频率控制的控制原理。转速闭环、转差频率控制实现了对电磁转矩的控制，动静态性能均优于转速开环、恒压频比控制。二　基于动态模型的传统控制转速闭环、转差频率控制从异步电动机的稳态等效电路和稳态转矩公式出发，只能在稳态情况下维持气隙磁通恒定，因此动态性能不够理想。要实现调速系统的高动态性能，必须根据异步电动机的动态数学模型来控制磁通和电磁转矩。矢量控制和直接转矩控制是当今最成熟的基于交流电机动态数学模型的控制策略，在

5、交流调速领域中已经获得广泛应用。反馈线性化解耦控制由于实现了磁链和速度的完全解耦控制，得到了快速发展和应用。1、矢量控制矢量控制起源于Blaschke发表的关于感应电机磁场定向控制的论文。后来在感应电机定子电压坐标变换控制理论的基础上，经过各国学者的广泛研究形成了比较成熟的矢量控制理论。矢量控制的基本思路是将定子电流分解成励磁分量和转矩分量，分别设计控制器，根据式（２）和（３）在动态过程中实现对转子磁链和电磁转矩的独立控制。式中：Ｌｍ为经坐标变换后在两相旋转坐标系下定子与转子同轴等效绕组间的互感，Ｌｒ为在两相旋转坐标系下转子等效两相绕组的自感，ψｒ为转子总磁链，ｉｓｔ

6、为定子电流转矩分量，ｉｓｍ为定子电流励磁分量，Ｔｒ为转子电磁时间常数，ｐ为微分算子。矢量控制系统实现的关键是维持转子磁链恒定，因此需要检测转子磁链信号。早期人们尝试通过磁链传感器来检测转子磁链，但是遇到了不少工艺和技术上的问题，而且在低速时转子磁链检测脉动分量过大。在当今的矢量控制系统中多采用软测量的方法，通过检测电压、电流和转速信号来根据转子磁链模型计算磁链的幅值和相位。式（４）和（５）分别是从电机数学模型推导得来的计算磁链的电流模型和电压模型，它们结构简单执行方便，在实际中得到了大量应用。式中：ψｒα和ψｒβ分别为静止两相坐标系下转子磁链的分量，ｕｓα和ｕｓβ分别

7、为定子电压分量，ｉｓα和ｉｓβ分别为定子电流分量，Ｌｓ为定子等效两相绕组电感，Ｒｓ为定子绕组电阻，ω为转速。电流模型估算转子磁链的准确性受电机转子参数的影响较大；电压模型由于包含一个纯积分项，磁链估算的准确性受积分累计误差和初始值的影响，当低速时由于反电动势较小，对磁链估算的准确性影响更大。提高转子磁链估算模型的准确性和鲁棒性是改进矢量控制系统性能的关键。以滞后环节代替纯积分项的改进电压模型以及电流模型和电压模型的结合使用都可以提高磁链估算的准确性。２　直接转矩控制矢量控制在理论上实现了磁链和转矩的解耦控制，但复杂的旋转坐标变换和转子磁链的难以准确定