自动控制原理与系统第八章 交流调速系统ppt课件.ppt

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1、第八章交流调速系统第一节交流调速系统概述第二节变频调速的基本控制方式和机械特性第三节变压变频装置及其基本控制方式第四节SPWM变压变频器第五节转速开环变压变频调速系统主要内容第六节转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统第七节异步电动机矢量控制调速系统第八节异步电动机直接转矩控制调速系统第九节通用变频器第十节异步电动机变频调速系统仿真第一节交流调速系统概述直流调速系统具有较优良的静、动态性能指标且易于控制，因此，在20世纪80年代以前直流调速在运动控制领域一直占主导地位。然而由于直流电动机有换向器、电

2、刷等，其体积、重量和成本都远远比同等容量的交流电动机大、而且容量和转速受限，维护量大，不能在易燃易爆的环境中工作。而交流电动机则没有上述缺点和限制，交流电动机结构简单、容量大、制造容易。随着电力电子技术、自动控制技术、计算机应用技术的发展，特别是正弦脉宽调制（SPWM）技术和交流电动机矢量控制技术的应用，交流调速逐步具备了宽调速范围、高稳态精度和良好的动态响应、四象限可逆运行易于实现等诸多优点，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。目前，在运动控制领域交流调速已占据了绝对的主导地位。（8-1）常见的

3、交流调速方法及特点如下：（1）变极对数调速：是一种有级调速方法，一般只有2~3档转速，但是它的效率很高，没有滑差损耗，结构简单。（2）调压调速：是一种简单、可靠、价格便宜的调速方案，适用于10kW以下的带风机、水泵类负载的性能要求不高的交流调速系统。（3）串级调速：是针对绕线转子异步电动机的一种高效节能调速方法，它将电动机的转差功率通过一定方式回馈电网，应用在数百至数千千瓦的大功率交流调速系统。（4）变频调速：调节同步转速，可以在转速宽范围内保持很小的转差率，效率高、调速范围大，是一种最好的交

4、流调速方法。异步电动机最好的调速方式是变频调速。异步电动机的变频调速系统分为两大类：基于稳态模型的和基于动态模型的。前者的典型代表是转速开环变压变频调速系统和转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统，适用于对动态性能要求不高的场合，如风机、水泵类负载。高性能的异步电动机变频调速系统都是基于动态模型的，典型代表是按转子磁场定向的矢量控制系统和按定子磁链控制的直接转矩控制系统。本章主要介绍异步电动机变频调速系统。第二节变频调速的基本控制方式和机械特性由电机原理可知，异步电动机稳态等效电路如图8-1所示。图

5、中，L1为定子每相漏电感；L2′为折合到定子侧的转子每相漏电感；Lm为定子每相绕组产生的气隙主磁通的等效电感，即励磁电感；Er为折合到定子侧的转子全磁通的感应电动势；Eg为气隙在定子每相绕组中的感应电动势；Es为定子全磁通的感应电动势；R1为定子每相电阻；R2′为折合到定子侧的转子每相电阻；U1为定子相电压。图8-1异步电动机稳态等效电路（8-2）（8-3）变压变频调速的基本控制策略需根据其频率控制的范围而定，而实现基本的控制策略又可选用不同的控制模式。类似于他励直流电动机的调速，分为基速以下采用保

6、持磁通恒定条件下的调压调速，基速以上采用弱磁升速两种控制策略，异步电动机变压变频调速也划分基频以下恒磁通调速和基频以上恒压变频调速两个范围，从而采用不同的基本控制策略。图8-2恒压频比模式的控制曲线（8-4）（8-5）（8-6）（8-7）图8-3恒U1/f1控制模式的机械特性图8-4恒Eg/f1控制模式的机械特性（8-8）（8-9）图8-5恒Er/f1控制模式的机械特性比较三种控制模式，显然U1/f1控制模式最容易实现，但系统性能一般，调速范围有限，适用于对调速要求不太高的场合；恒Eg/f1控制模式

7、因其定子压降得到完全补偿，在调速过程中最大转矩保持不变，系统性能优于前者，但其机械特性还是非线性的，输出转矩的能力仍受一定限制；恒Er/f1控制模式能获得与直流电动机一样的线性机械特性，其动静态性能优越。（8-10）（8-11）由式(8-10)和式(8-11)可知，Td及Tdmax近似与定子角频率成反比。当ω1提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上，其形状基本不变，如图8-6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，可以证明输出功率基本不变。所以，基

8、频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。图8-6基频以上恒压变频控制模式的机械特性曲线（三）基频以下和基频以上的配合控制如果要求异步电动机实现大范围的调速，就需要基频以下和基频以上的配合控制，其控制策略是：（1）在基频以下，以保持磁通恒定为目标，采用变压变频协调控制。（2）在基频以上，以保持定子电压恒定为目标，采用恒压变频控制。配合控制的异步电动机变频调速控制特性如图8-7所示。基频以下变压变频控制时，其磁通保持恒定，转矩也恒定，属于恒转矩调速性质；基频以上恒压变频控制时，