电机调速的分类

1、1.1 电气调速系统性能指标机电传动控制系统调速方案的选择，主要是根据生产机械对调速系统提出的调速技术指标来决定的，技术指标又静态指标和动态指标。 静态技术指标 静差度 静差度指电动机在某一转速下运行时,负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降n与理想空载转速n0之比。 调速范围 调速范围是指系统在额定负载时电机的最高转速与最低转速之比。动态指标 跟随性能指标在给定信号作用下，系统输出量变化的情况用跟随性能指标来描述。当给定信号的变化方式不同时，输出 响应也不同。具体的跟随指标如下：（1）上升时间tr在阶跃响应时间中，输出量从零起第一次上升到稳定值C￥所需时间，它反映动态响应的快速性。（2）

2、超调量在阶跃响应时间中，输出量超出稳态值的最大偏差与稳态值之比的百分值。（3）调节时间ts在阶跃响应过程中，输出衰减到与稳态值之差进入5或2 允许误差范围之内所需的最小时间，称为调节时间，又称为过渡过程时间。调节时间用来衡量系统整个调节过程的快慢，ts小，表示系统的快速性好。抗扰性能指标 控制系统在稳态运行中，由于电动机负载的变化，电网电压的波动等干扰因素的影响，都会引起输出量的变化，经历一段动态过程后，系统总能达到新的稳态。这就是系统 的抗扰过程。具体的跟随指标如下：(1)动态降落Cmax 系统稳定运行时，突加一定数值的阶跃扰动(例如额定负载扰动)后所引起的输出量最大 降落，用原稳态值C￥l

3、的百分数表示，叫做动态降落。 (2)恢复时间tv 从阶跃扰动作用开始，到输出量恢复到与新稳态值C￥2之差进入某基准量Cb的5(或2)范围之内所需的时间，定义为恢复时间tv 。其中Cb称为抗扰指标中输出量的基准值，视具体情况选定。一、 单闭环有静差直流调速系统1、系统结构 该系统的主电路采用晶闸管三相全控桥式整流电路。 其输出电压为：Ud0=2.34U2cos图中，放大器为比例放大器(或比例调节器)，直流电动机M由晶闸管可控整流器经过平波电抗器L供电。整流器整流电压Ud可由控制角来改变。触发器的输入控制电压为Uk。为使速度调节灵敏，使用放大器来把输入信号U加以扩大， U为给定电压Ug与速度反馈信

4、号Uf的差值。2、调速性能1）系统的静特性可控整流器的输出电压为于电动机电枢回路，若忽略晶闸管的管压降，则有可得带转速负反馈的晶闸管电动机有静差调速系统的机械特性方程：Kp放大器的电压放大倍数；转速反馈倍数； Ce=Ke 电磁常数；K0=KpKs从放大器输入端到可控整流电路输出端的电压放大倍数；K=KpKs/Ce闭环系统的开环放大倍数。 2）开环调速系统与闭环调速系统的比较（1）在给定电压一定时，有闭环系统所需的给定电压Us要比开环系统高（1K）倍。因此，若突然失去转速负反馈，就可能造成严重事故。（2）如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即n0fn0，则在同一负载电流下，闭环系统的转速

5、降仅为开环系统转速降的 1/(1+K)倍，从而大大提高了机械特性的硬度，使系统的静差度减少。（3）在最大运行转速nmax和低速时的最大允许静差度S2不变的情况下， 开环系统的调速范围为：闭环系统调速范围为：闭环系统的调速范围是开环系统的（1+K）倍。提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措施。但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。3、基本特性1）有静差，系统是利用偏差来进行控制的2）转速n（被调量）紧随给定量Un*的变化而变化3）对包围在转速反馈环内的各种干扰都有很强的抑制作用4）系统对给定量Un*和检测元件的干扰没有抑制能力 二、 单闭环无静差直流调

6、速系统PI调节器特性PI调节器的电路 PI调节器的输入输出特性输入电压：输出电压：Kpi=R1/R0 PI调节器比例部分的放大系数；=R0C1PI调节器的积分时间常数。PI调节器的输出电压Uex就是比例输出部分与积分输出部分的叠加。用PI调节器构成的转速负反馈单闭环调节系统本系统采用了PI调节器后，在稳态时，有Un Un *Un0PI调节器在系统抗负载干扰中的作用及动态过程系统稳态运行时，在抗负载干扰过程中，Un*不变。假定负载干扰是突加的，由TLl变到TL2，开始时电机转速将下降，反馈电压Un也将下降，并产生Un，于是PI调节器开始调节，其输出电压Uct包括了比例与积分两部分。控制电压Uct

7、中的比例部分具有快速响应的特性，可以立即以速度偏差(Un)起调节作用，加快了系统调节的快速性；Uct的积分部分可以在转速偏差(Un)为零时，维持稳定的输出，保证了电机继续稳定运转，最终消除了静差。在调节过程的前期比例起主要作用。三、 转速、电流双闭环直流调速系统转速反馈单闭环调速系统实际上是不能正常工作的。这是由于直流电动机在大阶跃给定下启动时，在启动瞬间反馈电压Un=0，若给定电压Un*全部加在调节器输入端，势必造成控制电压Uct很大（调节器输出饱和），晶闸管输出电压Ud也很大，而造成电动机启动时的过流。对一般要求不高的调速系统，常常在系统中加入电流截止负反馈环节以限制启动和运行中的过电流。

8、但是这种电路，由于转速反馈信号和电流反馈都加在一个调节器的输入端，这两个反馈信号互相牵制，使系统动、静态特性不够理想。对于高性能的调速系统，如要求快速启动、制动，动态速降要小等，通常就采用了转速电流双闭环系统。1、直流电动机理想启动过程带电流截止环节的转速单闭环系统在启动时，由于电流负反馈的影响，启动电流上升较慢。该系统不能完全按需要来控制启动电流或转矩，致使电机转速上升也较慢，电机启动过程也大大地延长。这个动态过程曲线如图（a）所示。理想启动过程如图（b）所示。在电动机最大允许过载电流条件下，充分发挥其过载能力，使电机在整个过和中始终保持这个最大允许电流值，使电机以尽可能的最大加速度启动直到

9、给定转速，再让启动电流立即下降到工作电流值与负载相平衡而进入稳定运转状态。这样的启动过程其电流呈方形波，而转速是线性上升的。这是在最大允许电流受限制的条件下，调速系统所能达到的最快启动过程。2、转速电流双闭环调速系统的组成为了实现转速和电流两种反馈分别起作用，系统中设置了转速（ASR）和电流（ACR）两个调节器，分别对转速和电流进行调节，两者之间实行串级联接。3、系统的静、动态特性1）控制量间的关系当速度调节器(ASR)和电流调节器(ACR)均不饱和限幅时，电机处于稳定运转状态。 2）系统的大给定启动过程双闭环调速系统在大给定突加电压Un*作用下，由静止开始启动时，速度调节器ASR经历了不饱和

10、、饱和、退饱和三个阶段，整个启动过程也分成了相应的三个阶段：第一阶段t0t1是电流上升段；第二阶段t1t2是恒流升速段；第三阶段t2t4是转速调节阶段。3）突加载干扰下的恢复过程突加载干扰作用点在电流环之后，故只能靠速度调节器ASR来产生抗扰作用。这表明负载干扰出现后，必然会引起动态转速变化。如负载突然增加，转速必然下降，形成动态速降。Un的产生，使系统ASR、ACR均处于自动调节状态。只要不是太大的负载干扰，ASR、ACR均不会饱和。由于它们的调节作用，转速在下降到一定值后即开始回升，形成抗扰动的恢复过程。最终使转速回升到干扰发生以前的给定值，仍然实现了稳态无静差的抗扰过程。其转速恢复过程如

11、图所示。4）电网电压波动时双闭环系统的调节作用在转速单闭环系统中，电网电压波动的干扰，必将引起转速的变化，然后通过速度调节器来调整转速以达到抗扰的目的。由于机械惯性，这个调节过程显得比较迟钝。但在双闭环系统中，由于电网电压干扰出现在电流环内，当电网电压的波动引起电枢电流Id变化时，这个变化立即可以通过电流反馈环节使电流环产生对电网电压波动的抑制作用。由于这是一个电磁调节过程，其调节时间比机械转速调节时间短得多，所以双环系统对电网电压干扰的抑制比单环系统快得多，甚至可以在转速n尚未显著变化以前就被抑制了。4、调节器的作用1)转速调节器ASR的作用(1)使转速n跟随给定电压Un*变化，保证转速稳态

12、无静差；(2)对负载变化起抗扰作用；(3)其输出限幅值Uim*决定电枢主回路的最大允许电流值Idm。2)电流调节器ACR的作用(1)对电网电压波动起及时抗扰的作用；(2)启动时保证获得允许的最大电流Idm ；(3)在转速调节过程中，使电枢电流跟随其给定电压值Ui*变化；(4)当电机过载甚至堵转时，即有很大的负载干扰时，可以限制电枢电流的最大值，从而起到快速的过流安全保护作用；如果故障消失，系统能自动恢复正常工作。PWM的常见形式及特性四、 脉宽调制调速系统的控制电路不可逆PWM变换器 无制动作用图示其原理，它实际上就是直流斩波器，只是采用了全控式的电力晶体管，以代替必须进行强行关断的晶闸管。电

13、源电压Us一般由不可控整流电源提供，采用大电容C滤波，二极管VD在晶体管关断时为电枢回路提供释放电感储能的续流回路。 电动机得到的平均端电压为设连续的电枢脉动电流id的平均值为Id，与稳态转速相应的反电动势为E，电枢回路总电阻为R，则由回路平衡电压方程可推导得机械特性方程可令 n0=rU/Ce 调速系统的空载转速，与占空比成正比； n=IdR/Ce 由负载电流造成的转速降。则有 n = n0 - n电流连续时，调节占空比大小便可得到一簇平行的机械特性，与晶闸管供电的调速系统且电流连续的情况是一致的。有制动作用图表示有制动作用的不可逆PWM变换电路。它由两个电力晶体管VTl、VT2与二极管VD1

14、、VD2组成，VTl是主控管，起调制作用；VT2是辅助管。它们的基极驱动电压Ubl和Ub2是两个极性相反的脉冲电压。当电动机工作在电动状态时，PWM变换电路有四种工作模态。0tt1 ，PWM变换电路工作在模态：电动状态t1tT时， PWM变换电路工作在模态：续流（电动）状态在t2T期间， PWM变换电路工作在模态：能耗制动（发电）状态在T t3期间， PWM变换电路工作在模态：续流（发电）状态具有制动作用的不可逆GTR-M系统的开环机械特性如图所示，显然，由于电流可以反向，因而可实现二象限运行，故系统在减速和停车时具有较好的动态性能和经济性。2、可逆PWM变换器1）双极式可逆PWM变换器四个电

15、力晶体管的基极驱动电压分为两组。VTl和VT4同时导通和关断，其驱动电压Ubl=Ub4；VT2和VT3同时动作，其驱动电压Ub2=Ub3=-Ub1，这种电路可工作在四种模态。双极式H型PWM变换器的四种工作模态0tt1 ，PWM变换器工作在模态： 电动机处于电动状态；t1tT时， PWM变换器工作在模态： 电动机处于电动状态；在t2T期间， PWM变换器工作在模态： 电动机处于反接制动状态；在T t3期间， PWM变换器工作在模态： 电动机工作在制动状态。对于双极性可逆PWM变换器，无论负载是轻还是重，电动机正转还是反转，加在电枢上的电压极性在一个开关周期内，都在+US和-US之间变换一次，故

16、称为双极性。电动机端电压瞬时值为：ud=Us (0 t ton)-Us (ton t T)平均端电压为：其中，当 0 时 电机正转； 1,它决定一个周期内极电压的脉冲个数。载波幅值Uc与基准波幅值Ur的比值定义为调制系数M,M=Ur/Uc1,它决定极电压波形中脉冲的宽度。按控制方式分类按控制方式变频器可分为V/F控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器。按主开关器件分类按导通模式分按导通模式分，变频器有180o导通模式和120o导通模式。（1）180o导通模式 每一器件在180o间隔导通和关断。逆变器三个桥臂中开关顺序之间保持互差120o相移，获得三相输出。这种模式的特点是任意（2）12

17、0o导通模式 每一器件导通120，任意时刻只有两个管子同时导通，换流是在相邻桥臂之间进行的。这种模式的优点是在同一桥臂中的两个管子之间存在30的导通间隔，因此避免了直通的短路事故发生。但是，开关管的利用率较低，换流时断开的绕组中会引起较高的感应电势，应该采取过压保护措施。按逆变器的调制方式分按逆变器的调制方式分，变频器有同步调制、异步调制和分段调制三种 （1）同步调制 在变频调速时，载波频率与基准波频率同步变化，即载波比 常数，因此，在逆变器输出电压的一个周期内调制脉冲数是固定的。若去N等于三的倍数，则同步调制能保证逆变器输出的正、负半波对称，也能保证三相平衡。但是，当输出频率很低时，相邻两脉

18、冲的间距增大，谐波分量增加。这会使电机常数较大的转矩脉动和噪声，低速时运转不平稳。（2）异步调制 在变频器的变频范围内，载波比N不等于常数。一般在改变基准波频率时保持载波频率不变，因此提高了低频时的载波比，这样变频器输出电压在一个周期内的脉冲个数可随输出频率的降低而增加，相应地可以减少电机地转矩脉动，改善低速性能。但是，随着载波比地变花，很难保证三相输出间地对称关系，也会影响电机地平稳运行。（3）分段同步调制 将同步调制和异步调制结合起来，相互取长补短，形成分段同步调制。把变频器的整个变频范围划分成若干个频段，在每个频段内固定载波比。在不同的频段，N的取值不同，频率越低N越大。用同步调制保证输

19、出波形对称，用分段调制可以改善低速性能，这就是这种方法的优点，也是它广泛采用的原因。按逆变器输出电压波形分按逆变器输出电压波形分，有（1）180矩形波（2）120矩形波（3）单脉冲调制波（4）多漫长调制波（5）正弦PWM波十、逆变器的电压空间矢量有源逆变电路变流器工作在逆变状态时，如果把变流器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反馈到电网去，叫有源逆变。整流状态（0/2） 逆变状态（ /2 ）、整流状态（0/2）整流输出电压为：、逆变状态（ /2 ）为便于计算，对于逆变电路引入参数逆变角。它与控制角的关系是： =。对于三相半波逆变电路，有当 0时，UdUdmax； /2，Ud0

20、。为使逆变电路工作可靠，一般 min /6，所以，逆变电路角变化范围是： /6 /2。整流和逆变，交流和直流，在晶闸管变流器中互相联系着，并在一定条件下互相转化。在同一套电路中，当变流器工作在整流状态，就是整流电路；当变流器工作在逆变状态就为逆变电路。因此，逆变电路在工作原理、参数计算及分析方法等方面和整流电路是密切联系的，而且在很多方面是一致的。但在分析整流和逆变时，要考虑能量传送方向上的特点，进而掌握整流与逆变的转化规律。 要使电路工作于逆变状态，必须使Ud及E的极性与整流状态相反，并且要求 。只有满足这个条件才能将直流侧电能反送到交流电网实现有源逆变。例如在电机拖动系统中，制动过程为逆变

21、状态。无源逆变电路如果把变流器的交流侧接到所用的负载上，把直流电逆变为某一频率或可变频率的交流电供给负载，叫无源逆变。同理可以计算出各状态的电压空间矢量。从图中 中可以得到这样的规律：（1）逆变器的六个工作电压对应六个不同方向的电压空间矢量，它们周期性的顺序出现，相邻两个矢量之间相差60（2）电压空间矢量的幅值不变，都等于 。因此，六个电压空间矢量的顶点构成了正六边形的六个顶点。（3）六种状态一次经过123456，空间矢量沿逆时针方向旋转。（4）零状态位于六边形的中心借助于电压空间矢量的概念，我们将在异步电机的直接转矩控制中进一步研究电压空间矢量对定子磁链的影响和电压空间矢量对电机转矩的影响，

22、为正确选择电压空间矢量，实现转矩直接控制打下基础。在变频调速系统的基本结构图中，我们可以看出，变频器输出可变频率和可变电压的三相交流电。供给交流电机变频调速。为什么变频调速时还要同时改变定子电压？这是因为电机调速时希望保持每极磁通量为额定值。磁通过大，会使铁心饱和，励磁电流过大会使绕组过热，严重时会烧坏电机；磁通过小时，电机出力不足，输出转矩小，电机的铁心不能充分利用，造成浪费。由异步机的稳态特性推导出来的恒定压频比控制方法和控制转差率控制方法，都是只控制变量的幅值，并且给定量和反馈量都是与相应变量成正比的直流量，因此叫标量控制，这与既控制变量的幅值又控制其相位的矢量控制不同。标量控制是最早在

23、变频调速使用的技术，其控制原理简单，实现起来比较容易，也能满足一定的调速性能要求。到目前为止，它们在实践中仍然有着最广泛的应用，并且得到不断的完善。十一、 电压频率协调控制电压频率协调控制的调速策略：假设： （1）忽略空间和时间谐波； （2）忽略磁饱和（3）忽略铁损和励磁电流，由图 所示的等效电路可知：一般情况下， 因此忽略励磁电流 ，可以导出：由此可见，当 为恒值，且S较小时，对于同一转矩 ，不同 带负载时的转速降落 基本时不变的。这就是说埋在恒压频比的条件下改变频率时，机械特性基本是平行移动的。这就是恒压频比控制思想的依据，它与直流他激电动机调压调速时的特性相似。当S增大时，机械特性变软。

24、在某一转差率 时，转矩有一最大值，称为异步机的最大转矩。将式对S求异，并令 ，可以求出最大转矩时的转差率为：不难看出：频率越低，最大转矩就越小。低频时，最大转矩太小，这就限制了带载能力。原因就是：低频低压时，定子阻抗压降已经不能忽略，定子电压不能近似的等于定子电势，此时的压频比恒定已经不能保证磁通恒定。因此，低频低压时引起电势和磁通的明显降低，低速时将发生严重励磁不足和转矩减少的问题。为了在低速时改善机械特性，需要对电压给定进行补偿，即在低速时抬高压频比值。在非线性特性中， 与 在高频时是成正比的，但是随着频率趋于零，电压逐渐倍提高。在偏置特性中，电压补偿量与频率比分量共同决定定子电压，故：在

25、现有的变频器工业产品中， 值可以由用户根据不同负载的需要进行调整恒压频比调速性能分析依据式 ，只要能提供足够大的压频比，就可以获得任意小的稳态转差频率。因此，从理论上说，只要电压补偿合适，恒压频比控制应该可以实现大范围内的调速。但是，我们往往更关心调速的动态性能。只要调速过程不是很快，就可以忽略电磁惯性的影响。假设调速过程不是很快，就可以利用机械特性曲线对调速过程进行在直流调速中正是这样作的。 从图中我们可以看到，当转速给定从n2升到n1时，电机从原有的稳态工作点跃迁倒a点，然后沿机械特性曲线运动到新的稳定工作点。当调速范围不大时，这个动态过程应该说是较优的。但当大范围调速时，如图所示，转速给

26、定从n3升到n1，电机工作点跃迁到b点，这时，机械特性曲线就不能算是较优的运动曲线。由此可见，对于大范围调速，恒压频比控制要牺牲一些效率。即电压活频率是逐级增加的，缓慢升速， 使电机工作点沿着较好的调速曲线运动。转速开环的频比控制系统一个恒压频比的开环交流调速系统示于图3.33中，它采用的是偏置线性的压频比特性，转速的给定信号 ，通过压控振荡器（VOC）产生频率指令信号，电压指令信号U1按式（3.73）随转速的给定信号 变化。在稳态运行情况下，电机的气隙磁通，调节定子电流可以非常灵敏地调节转矩，这与直流电机相似。随着电机接近零速，频率趋于零，定子电压将趋于零，并且电压基本上降落在定子电阻上。为

27、此，加入补偿电压U0，以克服定子电阻的影响，这样，一直到零速都可以达到额定气隙磁通和全额的转矩。在稳态运行条件下如果负载转矩增大，在稳定极限范围内转差将增加，并且在产生的转矩与负载转矩之间维持平衡。如果给定转速超过电机基速，电动机电压将限制在额定电压，而电机将从恒转矩区过渡到弱磁区。在弱磁区域内，磁通较小，在相同的定子电流限制下，产生转矩小了。为了防止由于逆变器频率指令的急剧变化而引起的过电流，速度指令需要通过斜坡电路，使频率与速度同步。转速闭环的压频比控制系统采用与电机同轴连接的测速发电机进行实际转速反馈，这种闭环调速控制系统，示于图3.36中。 图中，给定速度与实际速度比较，确定速度偏差，

28、然后通过速度调节器，决定逆变器的频率和电压。速度环的输出信号通过电流极限控制器，限制变频器的电压和频率的变化。电流反馈只有当电动机电流升到预置的最大值时才起作用，它控制逆变器电流和频率的变化率。因此，速度指令骤然增加，电动机电流快速增加到预置极限，然后，在电流极限反馈的作用下使逆变器频率和电压逐渐增加，以便电动机速度跟随逆变器的频率增加。在电流限制作用下，电机以恒转矩加速一直达到给定值。随后电流降落到极限以下，并达到稳态运行。整个过程与直流电机的带有电流截至负反馈系统相似。基速以上电压限幅，变频器电压不增加，但在恒压增频下使电动机进入弱磁区运行。恒压频比控制可以说是最简单的交流变频调速技术。如

29、果仅仅要求稳态性能，它可以胜任大范围内的调速任务，因而具有很高的适用价值。由于结构简单，实现容易，恒压频比控制仍然是实践当中使用最广泛的变频调速技术，并且还在被不断地发展。一些学者针对低速范围内调速性能较差和带载能力弱等问题提出了改进地电压频率协调控制方法，而且获得了较满意的调速性能。当转速给定从 升到 时，电机从原有的稳态工作点跃迁到a点，然后沿机械特性曲线运动到新的稳定工作点。当调速范围不大时，这个动态过程应该说是较优的。但是当范围调速时，如图所示，转速给定从 升到 ，电机工作点跃迁到b时，这时，机械特性曲线就不能算是较优的运动曲线了。由此可见，对于大范围调速，恒压频比控制要牺牲一些效率。

30、即电压或频率是逐渐增加的，缓慢升速 使电机工作点沿着较好的调速曲线运动。十二、转差频率控制转差频率调速的控制律从异步电动机的转矩方程式和稳态电路图，可以导出：当电机稳定运行时，S很小时， 很小，一般为 的25，可得近似得转矩关系式。上式表明：在S很小的范围内，只要能够维持气隙磁通 不变，异步电动机的转矩近似地与转差角频率成正比。也就是说埋在异步电动机中控制 ，就和直流电机中控制电枢电流一样，能够达到间接控制转矩地作用。控制转差频率就代表了控制转矩，这就是转差率控制地基本概念。当磁通 不变时， 与转差频率的函数关系如图所示。由图可以看出如下性质：（1） 当 0时， ，在理想空载时，定子电流等于励

31、磁电流（2） 如果 增大，也增大（3） 当 时，为渐进线，可求出 （4） 该曲线时左右对称的归纳转差频率调速的控制规律为：（1） 按满足式 或图 的函数关系式控制定子电流，以保持气隙磁通恒定（2） 在转差频率 的范围内，保证气隙磁通 恒定，转矩基本上与 成正比。也就是说式 和式就构成了转差频率调速的控制规律。系统结构和性能分析实现上述转差频率调速控制律的闭环调速系统结构图如图所示。该系统是一个以转速环为外环、电流环为内环的双闭环调速系统。转速调节器的输出是转差率给定 ，代表转矩给定。转差频率 的控制作用分两路分别作用在可控整流器UR和逆变器CS上。前者通过函数发生器GF，按 的大小产生相应的

32、信号，再通过电流调节器ACR控制定子电流，以保持气隙磁通 恒定。另一条路按 的规律，产生对应定子频率 的控制电压 ，它是由转差频率信号与实际转速信号相加得到的，即 ，因此决定逆变器的输出频率。当转速给定信号 反向时。用极性鉴别器DPI判断 的极性，以决定环形分配器DRC的输出相序，而 信号本身则经过绝对值变换器GAB决定频率的高低。由此实现可逆运行。在图 所示的转差频率控制系统中，转速调节器的存在可以使转速无静差，而且可以平滑加减速过程，改善动态品质。依照图所示的系统构建模型进行仿真。在仿真中，转速调节器采用PI算法。在各参数中，励磁电流 的确定十分关键：如果 取值偏小，则控制器的参数无论怎样

33、调节都无法保证在满负载下的转速稳定。获取 的方法是先短路转速调节器，然后在额定同步转速输入下，增大 ，直至电动机的稳态转速达到额定转速。此外，逆变器中换流电容的参数对系统稳定也有重要作用。异步电动机转差频率控制的启动、加速和减速过程的仿真结果于图所示。图中，从上而下所描述的各变量依次为：电机段子电压 ，定子a相绕组电流 ，转子a相绕组电流 ，电磁转矩 ，电机机械角频率 。可以看出，系统能够做到转速无静差。另外，由于使用电流源型逆变器，电动机的端子会被加载很高的尖峰电压，因此需要使用电压吸收装置来保护电流。在50负载下低速范围内的调速性能仿真结果于图 中所示。在低速范围内，转差频率控制的调速系统

34、仍然具有一定的调速能力，但是随着转速的降低，脉动现象逐渐明显。这是由于逆变器在低频下的电流矩形脉动造成的。SPWM逆变器驱动的转差频率控制的调速系统SPWM逆变器驱动的转差频率控制的调速系统结构图如图 所示，其控制策略与上面讨论的电流源变频器驱动十分相似。速度调节器产生转差频率指令 ，它与电动机的旋转频率相加，产生逆变器频率指令 ，转差频率指令同时送到发生器中，按照式（）的函数关系式，产生能保持磁通恒定的电流幅值直流 ，这两个指令信号 ，送到基波电流是以 为幅值，以 为频率的三相正弦波。用PWM电流环产生逆变器桥臂开关的PWM驱动信号。在图 的电流控制驱动中，气隙磁通是通过函数关系式 恰当的给

35、定定子电流和转差频率指令信号来间接控制的。“保持磁通恒定是基于稳态等效电路和稳态转矩公式而得到的结论。在动态过程中，磁通不可能保持恒定。加之在实际中，磁饱和和温度变化等引起的电机参数的变化都将导致气隙磁通的变化，使驱动性能降低，这是稳态的函数关系所不能自适应解决的稳态，在高性能驱动系统中气隙磁通的精确控制是必须的，为加快响应而加的转矩控制也是不可缺少的这，这些将在矢量控制中详细探讨。如上所述，可以控制电动机的速度使其自动地追随速度指令信号。转差频率指令信号与速度偏差的比增大（SC的增益提高），则很小的速度偏差可产生大的转矩，使速度很快一致。但同时由于对速度偏差反应敏感，例如容易接受速度检出信号

36、中干扰的影响等，有时使稳定性降低。转差频率控制的主要特点:1. 与U/F控制相比增加了转差频率的控制功能，虽然需要调整转差频率，但过电流的抑制、速度精度等诸特性比U/F控制有所提高。2. 在低速区的电压调速与U/F控制同样困难，但采用转差频率可以限制电流，使用的速度范围与U/F控制相比，得到了扩大。3. 在使用适度范围内可以确保10rad/s左右的响应，所以能适用于要求某种程度同步运转的用途。小结：转差频率控制的基本要点之一是保持磁通恒定，为此需要依照式 对定子电流进行调节。这种策略加强了对磁场的控制，有利于系统响应的快速和稳定性。但是式（0是在稳态的情况下得到的，在动态过程中，一般说，并不能

37、依此来保证磁通恒定。另外，转差频率控制仍然没有对电流的相位进行控制，这也会影响它对转矩的控制能力。转差频率控制在结构上采用了闭环控制，能够做到稳态无静差，这种控制结构成为交流变频调速的一种基本结构。另外，它以定子电流为葵花子对象，因而具有更快的动态响应。此外，外环控制器的设计是一个值得深入研究的稳态。在仿真试验中就发现，很难着到一组的大范围内调速都适合的调节器参数。这是由于交流调速系统具有较强的非线性特性，传统的PID控制很难胜任其控制任务，需要采用更先进的控制方法和阿策略，例如内模控制、预测控制、或者是与智能控制技术相结合。同恒压频比阻控制一样，转差频率控制所依赖的规律不管是转矩与转差的关系，还是保持恒磁通时定子电流与转差的关系都是在稳态条件下得出的，不能反映动态特性，因而仍然不能保证最优的动态性能，显然希望控制的基本原理基于异步机的真实动态模型。矢量控制就是这样的，下节我们将介绍矢量控制。异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合、多变量的系统，通过坐标变换，可以使之降阶并解耦，但是并没有改变其非线性、多变量的本质。在标量控制中，动态性能不够理想，调节器的参数很难设计，究其原因在于仍采用单变量系统的控制思想，而没有从根本上解决非线性、多变量的特殊问题。矢量控制（vector