第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统13电二课件

基于稳态模型的异步电动机调速基于稳态模型的异步电动机调速l在在基基于于稳稳态态模模型型的的异异步步电电动动机机调调速速系系统统中中，采采用用稳稳态态等等值值电电路路来来分分析析异异步步电电动动机机在在不不同同电电压压和和频频率率供供电电条条件件下下的的转转矩矩与与磁磁通通的的稳稳态态关关系系和和机机械械特特性性，并并在在此此基基础础上上设设计计异异步步电动机调速系统。电动机调速系统。基于稳态模型的异步电动机调速在基于稳态模型的异步电动机调速系1基于稳态模型的调速方法基于稳态模型的调速方法n常常用用的的基基于于稳稳态态模模型型的的异异步步电电动动机机调调速速方方法法有有调调压压调调速速和和变变压压变变频频调调速两类。速两类。基于稳态模型的调速方法25.1 异步电动机稳态数学模异步电动机稳态数学模型和调速方法型和调速方法l异步电动机稳态数学模型包括异步电动机异步电动机稳态数学模型包括异步电动机稳态等值电路和机械特性，两者既有联系，稳态等值电路和机械特性，两者既有联系，又有区别。又有区别。稳态等值电路描述了在一定的转差率稳态等值电路描述了在一定的转差率下电动机的稳态电气特性。下电动机的稳态电气特性。机械特性则表征了转矩与转差率（或机械特性则表征了转矩与转差率（或转速）的稳态关系。转速）的稳态关系。5.1 异步电动机稳态数学模型和调速方法异步电动机稳态数学模3设起动时旋转磁场方向如图为逆时针，磁场转速n1转子导体静止，与旋转磁场之间存在着相对运动，根据右手定则,转子绕组内电动势和电流方向如图：上进下出根据左手定则，载流转子导体受力，形成电磁转矩T，方向如图，驱动转子逆时针旋转。三相异步电动机的基本工作原理回顾三相异步电动机的基本工作原理回顾右手定则决定电流方向左手定则决定导条受力方向转子转速n总是小于旋 转磁场的转速n1。所以称为异步电动机 4设起动时旋转磁场方向如图为逆时针，磁场转速n1转子导体静止，5.1.1异步电动机稳态数学模型异步电动机稳态数学模型l转差率与转速的关系转差率与转速的关系或或 电动机极对数电动机极对数 供电电源频率供电电源频率 l同步转速同步转速 5.1.1异步电动机稳态数学模型转差率与转速的关系或 电动机5异步电动机稳态等效电路异步电动机稳态等效电路图图5-1 异步电动机异步电动机T型等效电路型等效电路假定条件：假定条件：忽略空间和时间谐波，忽略空间和时间谐波，忽略磁饱和，忽略磁饱和，忽略铁损忽略铁损异步电动机稳态等效电路图5-1 异步电动机T型等效电路假6模拟电阻，等效负载电阻转子实际电阻模拟电阻，等效负载电阻转子实际电阻7异步电动机稳异步电动机稳态等效电路态等效电路图图5-2 异步电动机简化等效电路异步电动机简化等效电路忽略励磁电流忽略励磁电流异步电动机稳态等效电路图5-2 异步电动机简化等效电路忽略8异步电动机稳态等效电路异步电动机稳态等效电路l简化等效电路的相电流简化等效电路的相电流异步电动机稳态等效电路简化等效电路的相电流9异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性l异步电动机传递的电磁功率异步电动机传递的电磁功率 l机械同步角速度机械同步角速度 异步电动机的机械特性异步电动机传递的电磁功率 机械同步角速度10异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性l异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式）异步电动机的机械特性异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式）11异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性对对s求导，并令求导，并令 l可求出临界转差率：对应最大转矩的转差率可求出临界转差率：对应最大转矩的转差率异步电动机的机械特性对s求导，并令 可求出临界转差率：对应最12l将将sm代入转矩计算公式可得最大转矩，又称临界转矩代入转矩计算公式可得最大转矩，又称临界转矩 将sm代入转矩计算公式可得最大转矩，又称临界转矩 13异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性将机械特性方程式分母展开将机械特性方程式分母展开异步电动机的机械特性将机械特性方程式分母展开14异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性当当s很小时，忽略分母中含很小时，忽略分母中含s各项各项l转矩近似与转矩近似与s成正比，机械特性近似为直线成正比，机械特性近似为直线异步电动机的机械特性当s很小时，忽略分母中含s各项转矩近似与15异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性当当s较大时，忽略分母中较大时，忽略分母中s的一次项和零次项的一次项和零次项l转矩近似与转矩近似与s成反比，机械特性是一段双曲成反比，机械特性是一段双曲线线异步电动机的机械特性当s较大时，忽略分母中s的一次项和零次项16异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性l异步电动机由额异步电动机由额定电压、额定频定电压、额定频率供电，且无外率供电，且无外加电阻和电抗时加电阻和电抗时的机械特性方程的机械特性方程式，称作固有特式，称作固有特性或自然特性。性或自然特性。图图5-3 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性异步电动机由额定电压、额定频率供电，且无175.1.2异步电动机的调速方异步电动机的调速方法与气隙磁通法与气隙磁通l异步电动机的调速方法异步电动机的调速方法所谓调速，就是人为地改变机械特性所谓调速，就是人为地改变机械特性的参数，使电动机的稳定工作点偏离固有的参数，使电动机的稳定工作点偏离固有特性，工作在人为机械特性上，以达到调特性，工作在人为机械特性上，以达到调速的目的。速的目的。5.1.2异步电动机的调速方法与气隙磁通异步电动机的调速方法18异步电动机的调速方法异步电动机的调速方法由异步电动机的机械特性方程式由异步电动机的机械特性方程式可知，能够改变的参数可分为可知，能够改变的参数可分为3类：类：电电动动机机参参数数、电电源源电电压压和和电电源源频频率率（或或角角频频率）。率）。异步电动机的调速方法由异步电动机的机械特性方程式可知，能够改19异步电动机的气隙磁通异步电动机的气隙磁通l三相异步电动机定子每相电动势的有效值三相异步电动机定子每相电动势的有效值忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降异步电动机的气隙磁通三相异步电动机定子每相电动势的有效值忽略20异步电动机的气隙磁通异步电动机的气隙磁通l气隙磁通气隙磁通 l为了保持气隙磁通恒定，应使为了保持气隙磁通恒定，应使 或近似为或近似为 异步电动机的气隙磁通气隙磁通 为了保持气隙磁通恒定，应使 215.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速l保保持持电电源源频频率率为为额额定定频频率率，只只改改变变定定子电压的调速方法称作调压调速。子电压的调速方法称作调压调速。l由由于于受受电电动动机机绝绝缘缘和和磁磁路路饱饱和和的的限限制制，定定子子电电压压只只能能降降低低，不不能能升升高高，故故又又称作降压调速。称作降压调速。5.2 异步电动机调压调速保持电源频率为额定频率，只改变定22异步电动机调压调速异步电动机调压调速l调调压压调调速速的的基基本本特特征征：电电动动机机同同步步转转速速保保持额定值不变持额定值不变 l气隙磁通气隙磁通 随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。异步电动机调压调速调压调速的基本特征：电动机同步转速保持额定235.2.1 异步电动机调压调速的异步电动机调压调速的主电路主电路图图5-4 晶闸管交流调压器调速晶闸管交流调压器调速TVC双双向晶闸管向晶闸管交流调压交流调压器器a)不可逆不可逆电路电路b)可逆电可逆电路路5.2.1 异步电动机调压调速的主电路图5-4 晶闸管交245.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性可调可调 l调压调速的机械特性表达式调压调速的机械特性表达式l电磁转矩与定子电压的平方成正比电磁转矩与定子电压的平方成正比 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性可调 调压调速的机255.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性l临界转差率保持不变临界转差率保持不变 l理想空载转速保持为同步转速不变理想空载转速保持为同步转速不变 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性临界转差率保持不变265.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性l临界转矩临界转矩 l 随定子电压的减小而成平方比地下随定子电压的减小而成平方比地下降降5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性临界转矩 随定子275.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性图图5-5 异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性图5-5 异步电285.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性l带恒转矩负载时，普通笼型异步电动机降带恒转矩负载时，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为压调速时的稳定工作范围为 调速范围有限，图中调速范围有限，图中A、B、C为恒转矩负载为恒转矩负载在不同电压时的稳定工作点。在不同电压时的稳定工作点。l带风机类负载运行，调速范围可以稍大一带风机类负载运行，调速范围可以稍大一些，图中些，图中D、E、F为风机类负载在不同电压为风机类负载在不同电压时的稳定工作点。时的稳定工作点。5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性带恒转矩负载时，普295.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁功率磁功率故电磁功率恒定不变，与转速无关。故电磁功率恒定不变，与转速无关。均为常数均为常数 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性带恒转矩负载工作时305.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性l转差功率转差功率 随着转差率的加大而增加。随着转差率的加大而增加。l带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转差功率、减小输出功率来换取转速的降低。差功率、减小输出功率来换取转速的降低。l增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，这就是转差功率消耗型的由来。这就是转差功率消耗型的由来。5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性转差功率 随着转差315.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性l增加转子电阻值，增加转子电阻值，临界转差率加大，临界转差率加大，可以扩大恒转矩负可以扩大恒转矩负载下的调速范围，载下的调速范围，这种高转子电阻电这种高转子电阻电动机又称作交流力动机又称作交流力矩电动机。矩电动机。l缺点是机械特性缺点是机械特性较软。较软。图图5-6 高转子电阻电动机（交流力矩高转子电阻电动机（交流力矩电动机）在不同电压下的机械特性电动机）在不同电压下的机械特性5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性增加转子电阻值，临325.2.3 闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统l要求带恒转要求带恒转矩负载的调矩负载的调压系统具有压系统具有较大的调速较大的调速范围时，往范围时，往往须采用带往须采用带转速反馈的转速反馈的闭环控制系闭环控制系统统。图图5-7 带转速负反馈闭环控带转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统制的交流调压调速系统 5.2.3 闭环控制的调压调速系统要求带恒转矩负载的调压系统335.2.3 闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统l当系统带负载稳定时，如果负载增大或减当系统带负载稳定时，如果负载增大或减小，引起转速下降或上升，反馈控制作用小，引起转速下降或上升，反馈控制作用会自动调整定子电压，使闭环系统工作在会自动调整定子电压，使闭环系统工作在新的稳定工作点。新的稳定工作点。l按照反馈控制规律，将稳定工作点连接起按照反馈控制规律，将稳定工作点连接起来便是闭环系统的静特性。来便是闭环系统的静特性。5.2.3 闭环控制的调压调速系统当系统带负载稳定时，如果负345.2.3 闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统l静特性左右静特性左右两边都有极两边都有极限，它们是限，它们是额定电压下额定电压下的机械特性的机械特性和最小输出和最小输出电压下的机电压下的机械特性。械特性。图图5-8 转速闭环控制的交流转速闭环控制的交流调压调速系统静特性调压调速系统静特性5.2.3 闭环控制的调压调速系统静特性左右两边都有极限，它35*5.2.4降压控制应用降压控制应用l三相异步电动机直接接电网起动时，起动三相异步电动机直接接电网起动时，起动电流比较大，而起动转矩并不大。电流比较大，而起动转矩并不大。*5.2.4降压控制应用三相异步电动机直接接电网起动时，起动36第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统13电二课件37*5.2.4降压控制应用降压控制应用l中、大容量电动机的起动电流大，会使电中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降过大，影响其它用电设备的正常运网压降过大，影响其它用电设备的正常运行，甚至使该电动机本身根本起动不起来。行，甚至使该电动机本身根本起动不起来。l必须采取措施来降低其起动电流，常用的必须采取措施来降低其起动电流，常用的办法是降压起动。办法是降压起动。*5.2.4降压控制应用38*软起动器软起动器l当电压降低时，起动电流将随电压成正比当电压降低时，起动电流将随电压成正比地降低，从而可以避开起动电流冲击的高地降低，从而可以避开起动电流冲击的高峰。峰。l起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小将比起动电流的降低更多，降压起的减小将比起动电流的降低更多，降压起动时又会出现起动转矩不够的问题。动时又会出现起动转矩不够的问题。l降压起动只适用于中、大容量电动机空载降压起动只适用于中、大容量电动机空载（或轻载）起动的场合。（或轻载）起动的场合。*软起动器当电压降低时，起动电流将随电压成正比地降低，从而可395.3 异步电动机变压变频调速异步电动机变压变频调速l变压变频调速是改变异步电动机同步转速变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一种调速方法，同步转速随频率而变化的一种调速方法，同步转速随频率而变化5.3 异步电动机变压变频调速变压变频调速是改变异步电动机同405.3.1 变压变频调速的基本原理变压变频调速的基本原理l异步电动机的实际转速异步电动机的实际转速 l稳态速降稳态速降 随负载大小变化随负载大小变化 5.3.1 变压变频调速的基本原理异步电动机的实际转速 稳41气隙磁通气隙磁通控制控制l只要控制只要控制便可控制气隙磁通便可控制气隙磁通 气隙磁通控制只要控制便可控制气隙磁通 42基频以下调速基频以下调速 l当异步电动机在基频（额定频率）以下运当异步电动机在基频（额定频率）以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电机行时，如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通过大，又的铁心，是一种浪费；如果磁通过大，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电机。严重时还会因绕组过热而损坏电机。l最好是保持每极磁通量为额定值不变。最好是保持每极磁通量为额定值不变。基频以下调速 当异步电动机在基频（额定频率）以下运行时，如果43基频以下调速基频以下调速 l当频率从额定值向下调节时，必须使当频率从额定值向下调节时，必须使 l基频以下应采用电动势频率比为恒值的基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。控制方式。基频以下调速 当频率从额定值向下调节时，必须使 基频以下应采44基频以下调速基频以下调速 l恒压频比的控制方式恒压频比的控制方式 Eg难以确定，当电动势值较高时，忽略定子电阻难以确定，当电动势值较高时，忽略定子电阻和漏感压降，认为和漏感压降，认为基频以下调速 恒压频比的控制方式45基频以下调速基频以下调速 l低频补偿（低频转矩提升）低频补偿（低频转矩提升）低频时，低频时，比较小，定子电阻和漏感比较小，定子电阻和漏感压降所占的份量比较显著，不能再忽略。压降所占的份量比较显著，不能再忽略。人为地把定子电压抬高一些，以补偿定子阻人为地把定子电压抬高一些，以补偿定子阻抗压降，称作低频补偿。抗压降，称作低频补偿。负载大小不同，需要补偿的定子电压也不一负载大小不同，需要补偿的定子电压也不一样。样。基频以下调速 低频补偿（低频转矩提升）46基频以下调速基频以下调速 l通常在控制软通常在控制软件中备有不同件中备有不同斜率的补偿特斜率的补偿特性，以供用户性，以供用户选择。选择。a无补偿无补偿 b带定子带定子电压补偿电压补偿图图5-9 恒压频比控制特性恒压频比控制特性基频以下调速 通常在控制软件中备有不同斜率的补偿特性，以供用47基频以上调速基频以上调速 l在基频以上调速时，频率从向上升高，在基频以上调速时，频率从向上升高，受到电机绝缘耐压和磁路饱和的限制，受到电机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变。持额定电压不变。l这将导致磁通与频率成反比地降低，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。使得异步电动机工作在弱磁状态。基频以上调速 在基频以上调速时，频率从向上升高，受到电机绝缘48变压变频调速变压变频调速 图图5-10 异步电动机变压变频调速的控制特性异步电动机变压变频调速的控制特性变压变频调速 图5-10 异步电动机变压变频调速的控制特性495.3.2 变压变频调速时的机械变压变频调速时的机械特性特性l基频以下采用恒压频比控制基频以下采用恒压频比控制 异步电动机机械特性方程式改写为异步电动机机械特性方程式改写为5.3.2 变压变频调速时的机械特性基频以下采用恒压频比控50基频以下调速基频以下调速l当当s很小时，忽略上式分母中含很小时，忽略上式分母中含s各项，各项，则 基频以下调速当s很小时，忽略上式分母中含s各项，则 51基频以下调速基频以下调速l对于同一转矩，转速降落基本不变对于同一转矩，转速降落基本不变在恒压频比的条件下把频率向下调节时，机械特性基本上是平行下移的。基频以下调速对于同一转矩，转速降落基本不变在恒压频比的条件下52基频以下调速基频以下调速l临界转矩临界转矩 随着频率的降低而减小。随着频率的降低而减小。l当频率较低时，电动机带载能力减弱，采用低频定子压当频率较低时，电动机带载能力减弱，采用低频定子压降补偿，适当地提高电压，可以增强带载能力。降补偿，适当地提高电压，可以增强带载能力。l改写成改写成基频以下调速临界转矩 随着频率的降低而减小。改写成53基频以下调速基频以下调速l转差功率转差功率 与转速无关，故称作转差功率不变型。基频以下调速转差功率 与转速无关，故称作转差功率不变型。54基频以上调速基频以上调速l电电压压不不能能从从额额定定值值再再向向上上提提高高，只只能能保持不变，机械特性方程式可写成保持不变，机械特性方程式可写成l临界转矩表达式临界转矩表达式 基频以上调速电压不能从额定值再向上提高，只能保持不变，机械特55基频以上调速基频以上调速l临界转差临界转差 l当当s很小时，忽略上式分母中含很小时，忽略上式分母中含s各项各项 或或基频以上调速临界转差 当s很小时，忽略上式分母中含s各项 或56基频以上调速基频以上调速l带负载时的转速降落带负载时的转速降落 l对对于于相相同同的的电电磁磁转转矩矩，角角频频率率越越大大，转转速速降降落落越越大大，机机械械特特性性越越软软，与与直直流流电电动动机机弱弱磁调速相似。磁调速相似。基频以上调速带负载时的转速降落 对于相同的电磁转矩，角频率越57基频以上调速基频以上调速l转差功率转差功率 l带恒功率负载运行时带恒功率负载运行时转差功率基本不变。转差功率基本不变。基频以上调速转差功率 带恒功率负载运行时转差功率基本不变。58变压变频调速时的机械特性变压变频调速时的机械特性图图5-11 异步电动机变压变频调速机械特性异步电动机变压变频调速机械特性变压变频调速时的机械特性图5-11 异步电动机变压变频调速机59变压变频调速变压变频调速l在基频以下，由于磁通恒定，允许输在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于出转矩也恒定，属于“恒转矩调速恒转矩调速”方式。方式。l在基频以上，转速升高时磁通减小，在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，由于转速允许输出转矩也随之降低，由于转速上升，允许输出功率基本恒定，属于上升，允许输出功率基本恒定，属于“近似的恒功率调速近似的恒功率调速”方式。方式。变压变频调速在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属605.3.3 基频以下电压补偿控制基频以下电压补偿控制 l在在基基频频以以下下运运行行时时，采采用用恒恒压压频频比比的的控控制方法具有控制简便的优点。制方法具有控制简便的优点。l但但负负载载的的变变化化时时定定子子压压降降不不同同，将将导导致致磁通改变，须采用定子电压补偿控制。磁通改变，须采用定子电压补偿控制。l根根据据定定子子电电流流的的大大小小改改变变定定子子电电压压，以以保持磁通恒定。保持磁通恒定。5.3.3 基频以下电压补偿控制 在基频以下运行时，采用恒615.3.3 基频以下电压补偿控制基频以下电压补偿控制 图图5-12 异步电动机等值电路和感应电动势异步电动机等值电路和感应电动势5.3.3 基频以下电压补偿控制 图5-12 异步电动机62三种感应电动势三种感应电动势l定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势 l转转子子全全磁磁通通在在转转子子每每相相绕绕组组中中的的感感应应电电动动势势（折折合合到到定定子子边）边）l气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势 三种磁通三种磁通三种感应电动势定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势 转子全63恒定子磁通控制恒定子磁通控制 l保持定子磁通恒定：保持定子磁通恒定：定定子子电电动动势势不不好好直直接接控控制制，能能够够直直接接控控制制的只有定子电压，按的只有定子电压，按l补补偿偿定定子子电电阻阻压压降降，就就能能够够得得到到恒恒定定子子磁磁通。通。常值常值恒定子磁通控制 保持定子磁通恒定：定子电动势不64恒定子磁通控制恒定子磁通控制 l忽略励磁电流，转子电流忽略励磁电流，转子电流l电磁转矩电磁转矩 恒定子磁通控制 忽略励磁电流，转子电流电磁转矩 65恒压频比控制时的转矩式恒压频比控制时的转矩式 两两式式相相比比可可知知，恒恒定定子子磁磁通通控控制制时时转转矩矩表表达达式式的的分分母母小小于于恒恒压压频比控制特性中的同类项。频比控制特性中的同类项。l当当转转差差率率s相相同同时时，采采用用恒恒定定子子磁磁通通控控制制方方式式的的电电磁磁转转矩矩大大于于恒恒压压频频比比控控制制方方式式。或或者者说说，当当负负载载转转矩矩相相同同时时，恒恒定定子子磁磁通控制方式的转速降比恒压频比方式小。通控制方式的转速降比恒压频比方式小。恒定子磁通控制时的转矩表达式恒定子磁通控制时的转矩表达式恒压频比控制时的转矩式 两式相比可知，恒定子磁通控制时转矩表66恒定子磁通控制恒定子磁通控制 l临界转差率临界转差率 l临界转矩临界转矩 频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变不变。恒定子磁通控制 临界转差率 临界转矩 频率变化时，恒定子磁通67恒压频比控制时的临界转差率表达式恒压频比控制时的临界转差率表达式 恒定子磁通控制时的临界转差率表达式恒定子磁通控制时的临界转差率表达式恒压频比控制时的临界转矩表达式恒压频比控制时的临界转矩表达式 恒定子磁通控制时的临界转矩表达式恒定子磁通控制时的临界转矩表达式 比较可知比较可知l恒定子磁通控恒定子磁通控制的临界转差制的临界转差率大于恒压频率大于恒压频比控制方式。比控制方式。l恒定子磁通控恒定子磁通控制的临界转矩制的临界转矩也大于恒压频也大于恒压频比控制方式。比控制方式。恒压频比控制时的临界转差率表达式 恒定子磁通控制时的临界转差68恒气隙磁通控制恒气隙磁通控制 l保持气隙磁通恒定：保持气隙磁通恒定：l定子电压定子电压l除除了了补补偿偿定定子子电电阻阻压压降降外外，还还应应补补偿偿定定子子漏抗压降。漏抗压降。常值常值恒气隙磁通控制 保持气隙磁通恒定：定子电压除了补偿定子电阻69恒气隙磁通控制恒气隙磁通控制 l转子电流转子电流l电磁转矩电磁转矩 恒气隙磁通控制 转子电流电磁转矩 70恒气隙磁通控制恒气隙磁通控制 l临界转差率临界转差率 l临界转矩临界转矩 l与恒定子磁通控制方式相比较，恒气隙磁通与恒定子磁通控制方式相比较，恒气隙磁通控制方式的临界转差率和临界转矩更大，机械控制方式的临界转差率和临界转矩更大，机械特性更硬。特性更硬。恒定子磁通控制恒定子磁通控制 恒气隙磁通控制 临界转差率 临界转矩 与恒定子磁通控制方式相71恒转子磁通控制恒转子磁通控制 l保持转子磁通恒定：保持转子磁通恒定：l定子电压定子电压l除除了了补补偿偿定定子子电电阻阻压压降降外外，还还应应补补偿偿定定子子和转子漏抗压降。和转子漏抗压降。常值常值恒转子磁通控制 保持转子磁通恒定：定子电压除了补偿定子电阻72恒转子磁通控制恒转子磁通控制 l转子电流转子电流l电磁转矩电磁转矩 恒转子磁通控制 转子电流电磁转矩 73恒转子磁通控制恒转子磁通控制 l机机械械特特性性完完全全是是一一条条直直线线，可可以以获获得得和和直直流流电电动动机机一一样样的的线线性性机机械械特特性性，这这正正是是高高性性能能交交流流变变频频调调速速所所要求的稳态性能。要求的稳态性能。恒转子磁通控制 机械特性完全是一条直线，可以获得和直流电动机74不同控制方式下的机械特性不同控制方式下的机械特性 图图5-13 异步电动机在不同控制方式下的机械特性异步电动机在不同控制方式下的机械特性a）恒压频比控制）恒压频比控制b）恒定子磁通控）恒定子磁通控制制c）恒气隙磁通控）恒气隙磁通控制制 d）恒转子磁通控）恒转子磁通控制制不同控制方式下的机械特性 图5-13 异步电动机在不同控制75不同控制方式的比较不同控制方式的比较 l恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平恒压频比控制最容易实现，它的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，低速行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。l恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式均需要恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。定子电压补偿，控制要复杂一些。l恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然改善了低速性能。恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。l恒转子磁通控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线恒转子磁通控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。性机械特性，性能最佳。不同控制方式的比较 恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性765.4 电力电子变压变频器电力电子变压变频器l异异步步电电动动机机变变频频调调速速需需要要电电压压与与频频率率均均可可调调的的交交流流电电源源，常常用用的的交交流流可可调调电电源源是是由由电电力力电电子子器器件件构构成成的的静静止止式式功功率率变变换换器器，一般称为变频器。一般称为变频器。5.4 电力电子变压变频器异步电动机变频调速需要电压与频率均775.4 电力电子变压变频器电力电子变压变频器l交交-直直-交交变变频频器器：先先将将恒恒压压恒恒频频的的交交流流电电整整成成直直流流，再再将将直直流流电电逆逆变变成成电电压压与与频频率率均为可调的交流，称作间接变频。均为可调的交流，称作间接变频。l交交-交交变变频频器器：将将恒恒压压恒恒频频的的交交流流电电直直接接变变换换为为电电压压与与频频率率均均为为可可调调的的交交流流电电，无无需需中间直流环节，称作直接变频。中间直流环节，称作直接变频。5.4 电力电子变压变频器交-直-交变频器：先将恒压恒频的交785.4 电力电子变压变频器电力电子变压变频器图图5-14 变频器结构示意图变频器结构示意图a）交）交-直直-交变频器交变频器b）交）交-交交变频器变频器 5.4 电力电子变压变频器图5-14 变频器结构示意图a）79脉冲宽度调制技术脉冲宽度调制技术l现现代代变变频频器器中中用用得得最最多多的的控控制制技技术术是是脉脉冲冲宽宽度度调调制制（Pulse Width Modulation），简简称称PWM。l基基本本思思想想是是控控制制逆逆变变器器中中电电力力电电子子器器件件的的开开通通或或关关断断，输输出出电电压压为为幅幅值值相相等等、宽宽度度按按一一定定规规律律变变化化的的脉脉冲冲序序列列，用用这这样样的的高高频频脉脉冲序列代替期望的输出电压。冲序列代替期望的输出电压。脉冲宽度调制技术现代变频器中用得最多的控制技术是脉冲宽度调制805.4.1 PWM变频器主回路变频器主回路图图5-15 交交-直直-交变频器主回路结构图交变频器主回路结构图先将工频交流电源通过不可控整流桥变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流。中间的滤波环节为减少直流电压脉动而设置。5.4.1 PWM变频器主回路图5-15 交-直-交变频器81面积等效原理面积等效原理 是是PWM控制技术的重要理论基础。控制技术的重要理论基础。原理内容：冲量相等而形状不同的窄脉原理内容：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。同。冲量即指窄脉冲的面积。冲量即指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。波形基本相同。5.4.2正弦波脉宽调制技术正弦波脉宽调制技术面积等效原理5.4.2正弦波脉宽调制技术82用用PWM波代替正弦半波波代替正弦半波 将正弦半波看成是由将正弦半波看成是由N个彼个彼此相连的脉冲宽度为此相连的脉冲宽度为/N，但幅，但幅值顶部是曲线且大小按正弦规律值顶部是曲线且大小按正弦规律变化的脉冲序列组成的。变化的脉冲序列组成的。把上述脉冲序列利用相同数把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，这就是（冲量）相等，这就是PWM波波形。形。用PWM波代替正弦半波83 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（Sinusoidal pulse width modulation，简称SPWM），这种序列的矩形波称作SPWM波。按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相84 应用PWM控制技术的变压变频器一般都是电压源型的，它可以按需要方便地控制其输出电压，为此前述的PWM控制技术都是以输出电压近似正弦波为目标的。电流波形则因为负载的性质和大小而异。应用PWM控制技术的变压变频器一般都是电压源85 但是，在电流电机中，实际需要保证的应该是正弦波电流，因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分量。因此，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。但是，在电流电机中，实际需要保证的应该是正弦865.4.4 电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术）控制技术l电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM，Current Follow PWM）的控制方法是：在原来主回）的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值。流快速跟随给定值。l在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的形，这就能比电压控制的SPWM获得更好的获得更好的性能。性能。5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术电流跟踪PW87图图5-19 电流滞环跟踪控制的电流滞环跟踪控制的A相原理图相原理图l电电流流控控制制器器是是带带滞滞环环的的比比较较器器，环环宽宽为为2h。将将给给定定电电流流与与输输出出电电流流进进行行比比较较，电电流流偏偏差差超超过过h时时，经经滞滞环环控控制制器器HBC控控制制逆逆变变器器上上（或或下下）桥桥臂臂的的功功率率器器件件动动作作，使输出电流给定值之间的偏差保持在范围内，在正弦波上下作锯齿状变化。图5-19 电流滞环跟踪控制的A相原理图电流控制器是带滞环88电流滞环跟踪控制时的电流波形电流滞环跟踪控制时的电流波形89n 问题的提出 经典的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流，使之在正弦波附近变化，这就比只要求正弦电压前进了一步。然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。5.4.5 电压空间矢量电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术）控制技术 问题的提出 经典的SPWM控制主要着眼于使变90l把把逆逆变变器器和和交交流流电电动动机机视视为为一一体体，以以圆圆形形旋旋转转磁磁场场为为目目标标来来控控制制逆逆变变器器的的工工作作，这这种种控控制制方方法法称称作作“磁磁链链跟跟踪踪控控制制”，磁磁链链轨轨迹迹的的控控制制是是通通过过交交替替使使用用不不同同的的电电压压空空间间矢矢量量实实 现现 的的，所所 以以 又又 称称“电电 压压 空空 间间 矢矢 量量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控控制制”。把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变91 A，B，C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组的轴线，它们在空间互差120o 三相定子相电压分别加在三相绕组上，可定义为三个电压空间矢量uA0，uB0，uC0。电压空间矢量 1.空间矢量的定义 A，B，C分别表示在空间静止不动的电机定子三相绕组92 电压空间矢量的相互关系n定子电压空间矢量：uA0、uB0、uC0 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。电压空间矢量的相互关系定子电压空间矢量：uA0、uB093电压空间矢量的相互关系（续）n合成空间矢量：由三相定子电压空间矢量相加合成的空间矢量 us 的合成矢量的合成矢量 电压空间矢量的相互关系（续）合成空间矢量：由三相定子电压空间94与定子电压空间矢量相仿，可以定义定子电流和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磁链的空间矢量 Is 和和s。2.电压与磁链空间矢量的关系 l定子电流空间矢量定子电流空间矢量 l定子磁链空间矢量定子磁链空间矢量 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 I95每一相的电压平衡方程式（由法拉第电磁感应定律推出）三相的电压平衡方程式相加每一相的电压平衡方程式（由法拉第电磁感应定律推出）三相的电压962.电压与磁链空间矢量的关系 式中 us 定子三相电压合成空间矢量；is 定子三相电流合成空间矢量；s 定子三相磁链合成空间矢量。合成空间矢量表示的电压方程式为2.电压与磁链空间矢量的关系 式中 us 定子三相97 近似关系 当电动机转速不是很低时，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 或 近似关系 当电动机转速不是很低时，定子98 磁链轨迹 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（一般简称为磁链圆）。这样的定子磁链旋转矢量可用下式表示。其中 m是磁链s的幅值，1为其旋转角速度。磁链轨迹 当电动机由三相平衡正弦电压供电时，99合成磁势矢量的端点轨迹是个圆，。.查烽炜电机及拖动（第4版）顾绳谷电机与拖动网页Ac-motor.swf合成磁势矢量的端点轨迹是个圆，。.查烽100上式表明，当磁链幅值一定时，us的大小与供电电压频率1成正比，其方向则与磁链矢量正交，即磁链圆的切线方向，上式表明，当磁链幅值一定时，us的大小与供电电压频率1成正101 磁场轨迹与电压空间矢量运动轨迹的关系 如图所示，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，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。旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹 磁场轨迹与电压空间矢量运动轨迹的关系 如图所示1023.正六边形空间旋转磁场（1）电压空间矢量运动轨迹 在变压变频调速系统中异步电机由三相PWM逆变器供电，供电电压和三相平衡正弦电压有所不同，三相逆变器-异步电动机调速系统主电路的原理图如下。为了便于理解，图中六个功率开关器件都用开关符号代替。三相逆变器三相逆变器-异步电动机调速系统主电路原理图异步电动机调速系统主电路原理图 3.正六边形空间旋转磁场（1）电压空间矢量运动轨迹三相逆103电机正常工作需要三相同时供电，所以在任一时刻一定有处于不同桥臂下的三个器件同时导通，而相应桥臂的另三个器件则处于关断状态。电机正常工作需要三相同时供电，所以在任一时刻一定有处于不同桥104“上管导通上管导通 “1 1”状态状态 “下管导通下管导通 “0”状态。状态。对应于对应于111111和和000000这两个状这两个状态的矢量，态的矢量，称为零矢量，称为零矢量，零矢量的幅零矢量的幅值为零。其值为零。其余六种开关余六种开关状态为非零状态为非零矢量。矢量。“上管导通“1”状态对应于111和000这两个状态的矢量105开关工作状态n6 种有效开关状态；n2 种无效状态（因为逆变器这时并没有输出电压）：u上桥臂开关 VT1、VT3、VT5 全部导通u下桥臂开关 VT2、VT4、VT6 全部导通n开关控制模式 输出的每个周期中6 种有效的工作状态各出现一次。逆变器每隔2/6（/3）时刻就切换一次工作状态（即换相），而在这/3 时刻内则保持不变。开关工作状态6 种有效开关状态；106n设工作周期从100状态开始，这时VT1、VT6、VT2导通，各相对直流电源中点O的电压幅值为 UAO=Ud/2 UBO=UCO=-Ud/2u1uAO-uCO-uBOABC设工作周期从100状态开始，这时VT1、VT6、VT2导通，107n由图可知，三相的合成空间矢量为 u1，其幅值等于Ud，方向沿A轴。存在的时间是/3。u1uAO-uCO-uBOABC（b）工作状态100的合成电压空间矢量由图可知，三相的合成空间矢量为 u1，其幅值等于Ud，方向沿108nu1 存在的时间为/3，在这段时间以后，工作状态转为110。n这时VT1、VT3、VT2导通，各相对直流电源中点O的电压幅值为 ：n UCO=-Ud/2 UBO=UAO=Ud/2u1 存在的时间为/3，在这段时间以后，工作状态转为110109n 合成空间矢量变成图中的 u2，其幅值等于Ud，它在空间上滞后于u1 的相位为/3 弧度，存在的时间也是/3。u2uAO-uCOuBOABC（c）工作状态110的合成电压空间矢量 合成空间矢量变成图中的 u2，其幅值等于Ud，它在空间上110（d）每个周期的六边形合成电压空间矢量 u1u2u3u4u5u6u7 u8 依此类推，随着逆变器工作状态的切换，电压空间矢量的幅值不变，而相位每次旋转/3，直到一个周期结束。这样，在一个周期中 6 个电压空间矢量共转过 2 弧度，形成一个封闭的正六边形，如图所示。（d）每个周期的六边形合成电压空间矢量 u1u2u3u4u5111（2）定子磁链矢量端点的运动轨迹 六拍逆变器供电时电动机电压空间矢量与磁链矢量的关系 设在逆变器工作开始时定子磁链空间矢量为 1，在第一个/3 期间，电动机上施加的电压空间矢量为图中的 u1，按照式 可以写成（2）定子磁链矢量端点的运动轨迹 六拍逆变器供电时电动机电压112 也就是说，在/3 所对应的时间 t 内，施加 u1的结果是使定子磁链 1 产生一个增量，其幅值|u1|与成正比，方向与u1一致，最后得到图示的新的磁链，而 依此类推，在一个周期内，6个磁链空间矢量呈放射状，矢量的尾部都在O点，其顶端的运动轨迹也就是6个电压空间矢量所围成的正六边形。也就是说，在/3 所对应的时间 t 内，施113 如前分析，我们可以得到的结论是：n如果交流电动机仅由常规的六拍阶梯波逆变器供电，磁链轨迹便是六边形的旋转磁场，这显然不象在正弦波供电时所产生的圆形旋转磁场那样能使电动机获得匀速运行。n如果想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场，就必须在每一个期间内出现多个工作状态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。为此，必须对逆变器的控制模式进行改造。如前分析，我们可以得到的结论是：114线性组合法线性组合法的基本思路的基本思路图6-31 逼近圆形时的磁链增量轨迹如果要逼近圆形，可以增加切换次数，设想磁链增量由图中的 11，12，13，14 这4段组成。这时，每段施加的电压空间矢量的相位都不一样，可以用基本电压矢量线性组合的方法获得。线性组合法的基本思路图6-31 逼近圆形时的磁链增量轨迹如115l将占据将占据/3的定子磁链矢量轨迹等分为的定子磁链矢量轨迹等分为N个个小区间，每个小区间所占的时间小区间，每个小区间所占的时间 l定子磁链矢量轨迹为正定子磁链矢量轨迹为正6N边形，轨迹更边形，轨迹更接近于圆，谐波分量小，能有效减小转矩接近于圆，谐波分量小，能有效减小转矩脉动。脉动。将占据/3的定子磁链矢量轨迹等分为N个小区间，每个小区间所116l在每个小区间内，定在每个小区间内，定子磁链矢量的增量为子磁链矢量的增量为图图5-31 期望的定子磁链矢量轨迹期望的定子磁链矢量轨迹 非基本电压矢非基本电压矢量，必须用两个基量，必须用两个基本矢量合成。本矢量合成。在每个小区间内，定子磁链矢量的增量为图5-31 期望的定子磁117SVPWM控制的特点控制的特点 l 8个基本输出矢量，个基本输出矢量，6个有效工作矢量和个有效工作矢量和2个零矢量，在一个旋转周期内，每个有个零矢量，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量只作用效工作矢量只作用1次的方式，生成正次的方式，生成正6边边形的旋转磁链，谐波分量大，导致转矩脉形的旋转磁链，谐波分量大，导致转矩脉动。动。l 用相邻的用相邻的2个有效工作矢量，合成任意个有效工作矢量，合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。开关周期越小，旋转磁场越接近于圆，圆。开关周期越小，旋转磁场越接近于圆，但功率器件的开关频率将提高。但功率器件的开关频率将提高。SVPWM控制的特点 8个基本输出矢量，6个有效工作矢量118SVPWM控制的特点控制的特点 l 用电压空间矢量直接生成三相用电压空间矢量直接生成三相PWM波，波，计算简便。计算简便。l 与一般的与一般的SPWM相比较，相比较，SVPWM控制控制方式的输出电压最多可提高方式的输出电压最多可提高15%。SVPWM控制的特点 用电压空间矢量直接生成三相PWM119*5.4.6 交流交流PWM变频器变频器-异步异步电动机系统的特殊问题电动机系统的特殊问题lPWM变变频频器器的的输输出出电电压压为为等等幅幅不不等等宽宽的的脉脉冲冲序序列列，该该脉脉冲冲序序列列可可分分解解为为基基波波和和一系列谐波分量。一系列谐波分量。l基基波波产产生生恒恒定定的的电电磁磁转转矩矩，而而谐谐波波分分量量则带来一些负面效应。则带来一些负面效应。*5.4.6 交流PWM变频器-异步电动机系统的特殊问题PW120转矩脉动转矩脉动 l 5次次和和7次次谐谐波波电电流流产产生生6次次的的脉脉动动转转矩矩，11次和次和13次谐波电流产生次谐波电流产生12次的脉动转矩。次的脉动转矩。l在在PWM控制时，应抑制这些谐波分量。控制时，应抑制这些谐波分量。l当当k继继续续增增大大时时，谐谐波波电电流流较较小小，脉脉动动转矩不大，可忽略不计。转矩不大，可忽略不计。转矩脉动 5次和7次谐波电流产生6次的脉动转矩，11次和1121电压变化率电压变化率 l当当电电动动机机由由三三相相平平衡衡电电压压供供电电时时，线线电电压的变化率压的变化率 电压变化率 当电动机由三相平衡电压供电时，线电压的变化率 122电压变化率电压变化率 l采采用用PWM方方式式供供电电时时，线线电电压压的的跳跳变变在瞬间完成，幅值为在瞬间完成，幅值为l因此，因此，很大很大 l在电动机绕组的匝间和轴间产生较大的漏在电动机绕组的匝间和轴间产生较大的漏电流，不利于电动机的正常运行。电流，不利于电动机的正常运行。l采用多重化技术，可有效降低电压变化率，采用多重化技术，可有效降低电压变化率，但变频器主回路和控制将复杂得多。但变频器主回路和控制将复杂得多。电压变化率 采用PWM方式供电时，线电压的跳变在瞬间完成，幅123能量回馈与泵升电压能量回馈与泵升电压l采采用用不不可可控控整整流流的的交交-直直-交交变变频频器器，能能量量不不能能从从直直流流侧侧回回馈馈至至电电网网，交交流流电电动动机机工工作作在在发发电电制制动动状状态态时时，能能量量从从电电动动机机侧侧回回馈馈至至直流侧，导致直流电压上升，称为泵升电压。直流侧，导致直流电压上升，称为泵升电压。l电电动动机机储储存存的的动动能能较较大大、制制动动时时间间较较短短或或电电动动机机长长时时间间工工作作在在发发电电制制动动状状态态时时，泵泵升升电压很高，严重时将损坏变频器。电压很高，严重时将损坏变频器。能量回馈与泵升电压采用不可控整流的交-直-交变频器，能量不能124泵升电压的限制泵升电压的限制l在在直直流流侧侧并并入入一一个个制制动动电电阻阻，当当泵泵升升电电压压达达到到一一定定值值时时，开开通通与与制制动动电电阻阻相相串串联联的的功功率率器器件件，通通过过制制动动电电阻阻释释放放电电能能，以以降降低低泵泵升电压。升电压。l在在直直流流侧侧并并入入一一组组晶晶闸闸管管有有源源逆逆变变器器或或采采用用PWM可可控控整整流流，当当泵泵升升电电压压升升高高时时，将将能量回馈至电网，以限制泵升电压。能量回馈至电网，以限制泵升电压。泵升电压的限制在直流侧并入一个制动电阻，当泵升电压达到一定值125泵升电压的限制泵升电压的限制图图5-36 带制动电阻的交带制动电阻的交-直直-交变频器主回路交变频器主回路泵升电压的限制图5-36 带制动电阻的交-直-交变频器主回126泵升电压的限制泵升电压的限制图图5-37 直流侧并晶闸管有源逆变器的交直流侧并晶闸管有源逆变器的交-直直-交变频器交变频器主回路主回路泵升电压的限制图5-37 直流侧并晶闸管有源逆变器的交-直127泵升电压的限制泵升电压的限制图图5-38 PWM可控整流的交可控整流的交-直直-交变频器主回路交变频器主回路泵升电压的限制图5-38 PWM可控整流的交-直-交变频器128对电网的污染对电网的污染 l由由于于直直流流侧侧存存在在较较大大的的滤滤波波电电容容，只只有有当当输输入入交交流流线线电电压压幅幅值值大大于于电电容容电电压压时时，才才有有充充电电电电流流流流通通，交交流流电电压压低低于于电电容容电电压压时时，电流便终止。电流便终止。l电电流流波波形形具具有有较较大大的的谐谐波波分分量量，使使电电源源受受到污染。到污染。对电网的污染 由于直流侧存在较大的滤波电容，只有当输入交流线129对电网的污染对电网的污染图图5-39 电网侧输入电流波形电网侧输入电流波形对电网的污染图5-39 电网侧输入电流波形130 不少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很高的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行，因此可以根据电机的稳态模型采用电压-频率协调控制的方案，这就是常用的通用变频器控制系统。5.5 转速开环变压变频调速系统转速开环变压变频调