《电力拖动控制系统》PPT课件

第8章 异步电动机他控式变频调速系统,变频调速系统按频率改变的原因分类：,2自控式变频,3矢量控制式变频,“跳过”频率，直接控制转矩（或产生转矩的电流）以达到调速目的,控制系统控制的对象并没有刻意追求“变频”调速。,1 他控式变频,主要特征是：控制系统把变频器的输出频率f1作为主控变量。,为主控变量,，,输出电压 是辅控变量，变频的同时使电压配合变化。,变频调速改变输出频率f1。,但调速系统最终的控制目标是转速，在第,1,章中已经分析过，电动机速度控制的本质是对电动机转矩的控制,，,因此，可以“跳过”频率这一个变量而直接去对转矩（或产生转矩的电流）进行控制，同样能达到调速的目的。,异步电机速度公式,在这类控制方案中，调速系统输出电压（或电流）的频率并不是不变的，它们的频率同样也在改变，仍是变频调速。,8.1 转速开环的交-直-交电流源型变频调速系统,1控制策略,采用“转速开环、恒压频比（或恒气隙磁通）控制”：给定转速等价于给定频率，稳态误差为速降，,低转差率异步电动机的这个值一般不大，所以就能满足调速要求不高的场合。,应用场合,:,低转差电机，调速要求不高的场合。,8.1.1 调速系统的控制策略及系统原理图,恒压频比（或恒气隙磁通）控制时的控制特性、机械特性：,系统分5部分,（1）主电路部分,（2）电压控制部分：电压检测、AVR、电流检测、ACR、GT,（3）频率控制部分：压频变换GVF、环形分配器DRC、脉冲放大AP,（4）给定部分,2系统原理图,（5）动态校正器GFC,以 的换流为例，等效电路为,1.逆变器主电路,工作方式是6拍型，任何时刻上、下组中各有一个主开关元件导通，输出电流波形为,120,方波交流电流,：,改变每一拍的导通时间可改变逆变器的输出频率,3.换流分析,（1）换流前正常运行阶段,（2）晶闸管换流与恒流充放电阶段,（3）二极管换流阶段,8.1.2 晶闸管电流源型逆变器工作原理,2.工作原理,串联二极管式电流源型逆变器主电路,1电压控制部分,采用电压、电流双闭环，电压外环，电流内环，,两个调节器都采用了,PI,调节器。,2频率控制部分,（2）环形分配器DRC：六分频器,（1）压频变换器GVF,8.1.3 控制系统工作原理,电压检测的位置直接取自电机的端电压。,电压指令 。,正转时，输出的顺序是,1,2,3,4,5,6,1,；,反转时，输出的顺序是,1,6,5,4,3,2,1,。,（3）脉冲放大器AP,依照转向给定信号产生6路 f,1,脉冲。,产生频率为 f,0,6 f,1,的脉冲列。,3给定部分,由频率给定产生相应的定子电压给定,4、校正环节GFC,负载（电流）的扰动会引起端电压的波动。,校正环节去影响频率给定，使输出频率与电压能同步变化。,（,1,）给定积分器,GI,（2）极性鉴别器DPI,（3）绝对值变换器GAB,（4）函数发生器GF,（0）速度（频率）给定,捡出转向信号，电路原理见3.3,（含大小及转向）,是一个先积分后比例的积分比例环节,框内的曲线是它对输入信号的阶跃响应曲线,变阶跃（突变）为渐变,变频器上一般称之为“升速时间”、“减速时,间”的时间值就是它的积分时间,取其大小即绝对值输出,采用恒压频比加补偿的控制方式时，该曲线就是第,7,章图,7-3,的控制特性曲线,给定信号分解成电压给定、频率给定和转向给定三个给定输出，分别去控制变频器的,1回馈制动,3调速系统的优点：,（1）容易实现回馈制动，可四象限运行,（2）对故障电流容易实现保护，可靠性高,（3）适用于制动和经常正反转的负载调速,（1）转速开环，系统的动静态性能不理想,无法适应负载转矩变化时的性能要求。,（2）逆变器的输出电流是方波，,谐波分量大，对电网造成电污染。,反转的实现：改变环形分配器的脉冲相序。,反转时同样有电动和回馈制动两种状态，这就实现了四象限运行。,8.1.4 回馈制动及系统优缺点,4调速系统的缺点：,回馈制动的实现：,2四象限运行,机械特性曲线：,为什么速度不闭环？,控制VI的频率，使1n,0,，,电机M进入第象限发电运行，,VI整流，Ui变负。,控制VR的控制角，使进入有源逆变，,系统就进入了象限回馈制动,控制系统要使转差频率不太大是很容易做到的。由,，是异步电动机的同步转速与实际转速（反馈量、转速闭环）之差,8.2 转差频率控制的交-直-交电流源型变频调速系统,常规他控式变频调速系统不能转速闭环的原因？,8.2.1 转差频率控制的理论基础（基本原理）,1.定义：转差角频率,近似式：,当：,若能满足条件：1.绝对转差角频率较小,;2.,m,恒定,电机的电磁转矩,T,与转差频率成正比。只要控制,s,就能控制T。,即：可以用转差角频率控制来代表转矩控制，从而实现对速度的控制。,2.控制原理,3.如何保持 m不变,结论：若使 按图,8-8,所示的 规律变化，,则 保持不变，就可使磁通 恒定。,标量形式：,保持,I,m,恒定时的,曲线,要使,m,不变，只要激磁电流,I,m,不变。,3.如何保持,m,不变,8.2.2 转差频率控制的变频调速系统,1控制策略,利用测速环节得到转速；限制输出频率,f,1,，使,s,不太大；,控制,I,1,，,使,Im,保持恒定。,控制,s,就可控制转矩,T,，,实现调速。,控制系统主控变量是,辅助控制变量是I,1,变频器需输出的频率,2系统原理图,3调速过程例,转差频率控制的变频调速系统的起动过程,a)在T-S平面上的起动过程b)转速、转矩曲线,T,l,8.3电压源型交-直-交SPWM变频调速系统,1变频器的硬件构成,（要做实验）,2电压源型交-直-交SPWM转速开环控制系统原理图,变频器的工作模式：,转速开环控制,转差频率控制,矢量控制,交互式参数设定（面板）,电压源型交-直-交变频器的电压、电流波形,a)输入电流b)输出线电压c)输出电流,3制动及泵升电压,限制泵升电压的能耗制动电路,见,4.2,节,见,4.2,节,8.4 异步电动机电压源型交-交变频调速系统,8.4.1 交-交变频电路概述,(不讲),交,-,交变频电路也有电压源型与电流源型之分,交,-,交变频电路的基础是第,3,章的,V-M,可逆系统,对电压源型交,-,交变频器，追求的是输出电压正、负的交替变化及其正弦性，可以电压开环控制或电压闭环控制，称之为电压控制型的电压源型交,-,交变频器。,若采用电流闭环控制直接去控制交流电流的波形及与电机转矩成正比的电流基波分量的大小，使变频器输出的电流是近似的正弦电流，这种控制方式的变频器则称之为电流控制型的电压源型交,-,交变频器,8.4.2 电压源型交-交变频调速系统主电路,电压源型交-交变频器主电路,a)公共交流母线进线方式 b)电机丫接方式,c)a,图的简图,d)b,图的简图,8.4.3 电压源型交-交变频电路触发脉冲的控制方式,余弦交点法,移相角,的产生方法,可控整流电路输出电压的平均值可表述为,为了使输出电压为,则就应有,若在控制电路中能产生一个给定正弦电压,并想法在控制回路中得到一个余弦同步电压,并使,则前两式所表示的两个电压波的交点处必有,可知，只要把该余弦波的起点移到,0,处，那么所需要的,就是,1,t,1,余弦交点法的电压波形,a)主电路中的电压波形,b)控制电路中的电压波形,8.4.4 异步电动机电压源型他控式交-交变频调速系统,1变频调速系统,2优缺点及应用,优点：,容量可以做得很大，主开关元件采用廉价的晶闸管，能方便地实现四象限可逆运行。,缺点：,输出频率必须小于电源频率的；所需的开关元件数多，控制复杂，输入端的功率因数低，对电网的谐波污染大。,