电力拖动技术ch8.ppt

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）给定部分给定单元、给定积分器GI、绝对值变换器GAB、函数发生器GF、极性鉴别器DPI,2．系统原理图,（5）动态校正器GFC,,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,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,导通顺序上桥臂VT1-VT3-VT5下桥臂VT2-VT4-VT6,电容C1C6为换流电容,VD1VD6是隔离二极管，作用是使换流电路与负载隔离，防止电容器的充电电压经负载回路放电。,以的换流为例,3.换流分析,换流过程分析电容器所充电压的规律对于共阳极晶闸管，它与导通晶闸管相连一端极性为正，另一端为负，不与导通晶闸管相连的电容器电压为零。等效换流电容概念分析从VT1向VT3换流时，图中的C13就是上图中的C3与C5串联后再与C1并联的等效电容。,换流过程各阶段的电流路径,分析从VT1向VT3换流的过程假设换流前VT1和VT2通，C13电压UC0左正右负。如图a。换流阶段分为恒流放电和二极管换流两个阶段。t1时刻触发VT3导通，VT1被施以反压而关断。Id从VT1换到VT3，C13通过VD1、U相负载、W相负载、VD2、VT2、直流电源和VT3放电，放电电流恒为Id，故称恒流放电阶段。如图b。uC13下降到零之前，VT1承受反压，反压时间大于tq就能保证关断。,a,b）,t1t2恒流放电,强迫换流,,t2时刻uC13降到零，之后C13反向充电。忽略负载电阻压降，则二极管VD3导通，电流为iV，VD1电流为iAId-iB，VD1和VD3同时通，进入二极管换流阶段。随着C13电压增高，充电电流渐小，iB渐大，t3时刻iU减到零，iBId，VD1承受反压而关断，二极管换流阶段结束。t3以后，VT2、VT3稳定导通阶段。,-,,A,B,C,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,-,,A,B,C,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,VT,1,VT,2,VT,3,VD,1,VD,2,VD,3,C,13,I,d,VT,1,VT,2,VT,3,VD,1,VD,2,VD,3,C,13,i,B,i,B,i,A,,I,d,-,i,B,,,,,,,t2t3二极管换流,稳定导通阶段,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f1脉冲。,产生频率为f0＝6f1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,控制VI的频率，使ω1n0，电机M进入第Ⅱ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Ⅱ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.φm恒定,电机的电磁转矩T与转差频率成正比。只要控制ωs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,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Im恒定时的曲线,要使φm不变，只要激磁电流Im不变。,3.如何保持φm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f1，使ωs不太大；控制I1，使Im保持恒定。控制ωs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I1,变频器需输出的频率,2．系统原理图,3．调速过程例,,,,,Tl,,,,,从图中可以看到，在整个启动过程前期一直是在输出最大转矩下进行，系统动态性能得到了很大的改善，而且静态最终无静差。转速闭环的转差频率控制的异步电动机变频调速系统基本上具备了直流电机双闭环控制系统的优点，是一个比较好的变频调速系统，结构也不复杂，有广泛的应用价值。,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）,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ca图的简图db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α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α＝0处，那么所需要的α就是ω1t1,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。,习题,1、异步电动机转速开环的交-直-交电流源型变频调速系统中的初使给定最后分解成哪三路给定信号各去控制什么它的给定积分器GI起什么作用,