高性能的通用变频器

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1、交流调速系统的控制策略(一)发展的历史20世纪60年代以前的电气传动80%——交流不调速传动18%——直流可调速传动2%——交流可调速传动70年代开始电力电子技术的应用开创了交流可调速传动的新纪元现代交流调速传动的物质基础电力电子变换器微处理器：单片机、DSP、RISC数据通信：现场总线、无线总线、工业以太网预测2010年的电力电子应用(二）现代交流调速系统的类型异步电动机调速系统1.转差功率消耗型——例如：变压调速定子用双向晶闸管调压器调速2.转差功率馈送型——例如:双馈电机调速转子用整流、逆变

2、器调速3.转差功率不变型——变压变频调速定子用PWM变压变频器调速同步电动机调速系统同步电动机转差恒等于0，没有转差功率，只有转差功率不变型的变压变频调速。1.他控变频调速系统，2.自控变频调速系统。变压变频（VVVF)调速是交流可调速传动的主流满足一般工艺要求的平滑调速风机、泵类节能调速高动态性能调速系统和伺服系统（三）基于异步电动机稳态模型的一般性能变压变频调速系统变压变频控制特性ΦmNf1NΦm恒转矩调速恒功率调速UsUsUsNΦmf1带电压补偿的恒压频比控制特性a—无补偿b—带定子压降补偿OU

3、sf1a—无补偿b—带定子压降补偿0UsUsNf1f1Na—无补偿b—带定子压降补偿1.转速开环恒压频比控制的调速系统1M3~电压检测泵升限制电流检测温度检测电流检测单片机显示设定接口PWM发生器驱动电路~URUIR0R1R2RbVTbK控制作用tfufu斜坡函数U/f曲线驱动电路工作频率设定升降速时间设定电压补偿设定PWM产生2.转速闭环转差频率控制的调速系统1)在s值很小的稳态运行范围内，保持气隙磁通m不变时，电磁转矩近似与转差角频率s成正比。控制转差频率s，就代表控制转矩。2）按恒控制可保持

4、m恒定，须在Us/1为恒值的基础上再提高电压Us以补偿定子压降。压频比控制特性1OUs/1=Const.Eg/1=Const.定子电流增大的趋势转差频率控制的变压变频调速系统FBS电压型逆变器PWMM3~ASR（四）基于异步电动机动态模型的高动态性能调速系统通用变频器控制的局限性调速范围不过1：10左右调速时有静差，精度不高不能像直流调速系统那样提供很高的动态性能已应用成熟的高性能调速控制策略矢量控制(VC)直接转矩控制(DTC)VC与DTC的共同点1、数学模型——同样基于异步电动机的动态数学

5、模型。2、控制结构——转速、磁链分别控制，转速环内加转矩内环，以抑制磁链的扰动，达到近似解耦。1.基于同样的异步电机多变量非线性动态数学模型（两相同步旋转坐标）状态方程在两相坐标系上异步电动机的状态方程是5阶的，须选取5个状态变量。在系统的动态模型中，输入变量是对于笼型转子电机，转子内部是短路的，因此，可供选用的变量如下：转速4个电流变量4个磁链变量其中，电流和磁链变量是相关的。转子电流不可测，不便于实现状态反馈，于是：转速4个电流变量4个磁链变量可选定子电流　　　和转子磁链或选定子电流和定子磁链矢量控

6、制选用方程。直接转矩控制选用方程。2.总体控制结构相同在控制结构上，矢量控制和直接转矩控制都采用转矩、磁链分别控制。转矩控制环（或电流的转矩分量环）都处于转速环的内环，可抑制磁链变化对转速子系统的影响，使转速和磁链子系统近似解耦。高性能异步电机调速系统的控制结构从表面上看，两种系统的控制方法虽然有所不同，在控制性能上各有特色。但是，两种系统在本质上是一样的，都能获得较高的静、动态性能。（五）矢量控制系统1971德国西门子公司F.Blaschke工程师：Transvectorcontrol（矢量变换控制）

7、1980德国BraunschweigUniversityW.Leonhard教授,R.Gabriel,G.Heinemann等：Fieldorientatedcontrol（磁场定向控制）矢量控制系统的特点在按转子磁链定向的dq同步旋转坐标系上，把定子电流分解为其励磁分量和转矩分量，得到类似于直流电机的动态模型。变换成独立的转速子系统和转子磁链子系统，分别用PI调节器进行连续控制。按定向实现定子电流解耦的直接矢量控制系统按转子磁链定向会受电机参数（如转子电阻）变化的影响而失真，从而降低了系统的调速性能

8、，采用智能化调节器可以克服这一缺点，提高系统的鲁棒性。矢量控制的不足和解决方法（六）直接转矩控制系统1985RuhrUniversityM.Depenbrock教授DSR(DirekteSelbst-regelung)即DirectSelfControl现通称DTC(DirectTorqueControl）直接转矩控制系统的特点舍去比较复杂的旋转坐标变换，在两相静止坐标系上构成转矩和定子磁链的反馈信号。但是，数学模型不够简化，不能用线性调节