第8章电力拖动控制系统ppt课件

1、第第8章章 异步电动机他控式变频调速系统异步电动机他控式变频调速系统变频调速系统按频率改动的缘由分类：变频调速系统按频率改动的缘由分类：2自控式变频自控式变频 3矢量控制式变频矢量控制式变频 “跳过频率，直接控制转矩或产生转矩跳过频率，直接控制转矩或产生转矩的电流以到达调速目的的电流以到达调速目的, 控制系统控制的控制系统控制的对象并没有刻意追求对象并没有刻意追求“变频变频 调速。调速。1 他控式变频他控式变频 主要特征是：控制系统把变频器的输出频率主要特征是：控制系统把变频器的输出频率f1f1作为主控变量。作为主控变量。 为主控变量，输出电压为主控变量，输出电压 是辅控变量，是辅控变量， 变

2、频的同时使电压配合变化变频的同时使电压配合变化 。1f1U变频调速变频调速改动输出频率改动输出频率f1。 但调速系统最终的控制目的是转速，在第但调速系统最终的控制目的是转速，在第1 1章中曾经分析过，电动机速度章中曾经分析过，电动机速度控制的本质是对电动机转矩的控制控制的本质是对电动机转矩的控制 ，因此，可以，因此，可以“跳过频率这一个变量而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展控制，同样能到达调速的目的。直接去对转矩或产生转矩的电流进展控制，同样能到达调速的目的。 异步电机速度公式异步电机速度公式160fnp 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，在这类控

3、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动，仍是变频调速。它们的频率同样也在改动，仍是变频调速。 8.1 转速开环的交转速开环的交-直直-交电流源型变频调速系统交电流源型变频调速系统1控制战略控制战略l 采用采用“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普通不大，所以就能满足频率，稳态误差为速降，低转差率异步电动机的这个值普通不大，所以就能满足调速要求不高的场所。调速要求不高的场所。 l 运用场所运用场所: 低转差电机，调速要求不高的场所低转差电机

4、，调速要求不高的场所 。8.1.1 调速系统的控制战略及系统原理图调速系统的控制战略及系统原理图l 恒压频比或恒气隙磁通控制时的控制特性、机械特性：恒压频比或恒气隙磁通控制时的控制特性、机械特性：系统分系统分5 5部分部分 1主电路部分主电路部分 2电压控制部分：电压检测、电压控制部分：电压检测、AVR、电流检测、电流检测、ACR、GT3频率控制部分：压频变换频率控制部分：压频变换GVF、环形分配器、环形分配器DRC、脉冲放大、脉冲放大AP 4给定部分给定部分 2系统原理图系统原理图5动态校正器动态校正器GFC *nU+dLGF0f-GIGABAVRt*iUACRtiUGTA PGFCDRCG

5、VF*fUVIVR*VUDPI+-VU+-+TV正、反转指令 M3给给定定部部分分电电压压控控制制部部分分频频率率控控制制部部分分*fUt主主电电路路部部分分以以 的换流为例的换流为例 ，等效电路为，等效电路为tttAiBiCidIdI2000上下导通管1 1 3 3 5 5 1 16 2 2 4 4 6 6 21. 逆变器主电路逆变器主电路 任务方式是任务方式是6拍型，任何时辰上、下拍型，任何时辰上、下组中各有一个主开关元件导通组中各有一个主开关元件导通 ，输，输出电流波形为出电流波形为120方波交流电流方波交流电流 ： 改动每一拍的改动每一拍的导通时间可改导通时间可改动逆变器的输动逆变器的

6、输出频率出频率 3. 换流分析换流分析BeLCeLAeCAACeBdIVT1VT5VD1VD5VD6VT6L32Ccau1Di5Di1换流前正常运转阶段换流前正常运转阶段 2晶闸管换流与恒流充放电阶段晶闸管换流与恒流充放电阶段 3二极管换流阶段二极管换流阶段 8.1.2 晶闸管电流源型逆变器任务原理晶闸管电流源型逆变器任务原理VT3VT5VT1C1C2C5VD3VD5BALdId+C6C4C2VD1VT6VT2VT4VD4VD6VD2CUd-BiCiAi2. 任务原理任务原理 51VTVT串联二极管式电流串联二极管式电流源型逆变器主电路源型逆变器主电路 1电压控制部分电压控制部分 采用电压、电

7、流双闭环，电压外环，电采用电压、电流双闭环，电压外环，电流内环流内环 ，两个调理器都采用了，两个调理器都采用了PI调理器。调理器。 2频率控制部分频率控制部分 2环形分配器环形分配器DRC：六分频器：六分频器 1压频变换器压频变换器GVF 8.1.3 控制系统任务原理控制系统任务原理0f1Q2Q3Q4Q5Q6QTdL0fAVRt*iUACRtiUGTA PGFCDRCGVF*fUVIVR*VU+-VU+-+TVM3电压控制部分电压控制部分频率控制部分频率控制部分主电路部分主电路部分正、反转指令正、反转指令电压检测的位置直接取自电机的端电压。电压检测的位置直接取自电机的端电压。 电压指令电压指令

8、 。 *VU正转时，输出的顺序是正转时，输出的顺序是1 12 23 34 45 56 61 1；反转时，输出的顺序是反转时，输出的顺序是1 16 65 54 43 32 21 1。 3脉冲放大器脉冲放大器AP按照转向给定信号产生按照转向给定信号产生6路路 f1 脉冲。脉冲。产生频率为产生频率为 f06 f1 的脉冲列。的脉冲列。3给定部分给定部分 由频率给定产生相由频率给定产生相应的定子电压给定应的定子电压给定 4、校正环节、校正环节GFC负载电流的扰动会引起端电压的动摇。负载电流的扰动会引起端电压的动摇。 校正环节去影响频率给定，使输出频率与电压能同步变化。校正环节去影响频率给定，使输出频率

9、与电压能同步变化。 1 1给定积分器给定积分器GI GI 2极性鉴别器极性鉴别器DPI3绝对值变换器绝对值变换器GAB4函数发生器函数发生器GF0 速度频率给定速度频率给定捡出转向信号，电路原理见捡出转向信号，电路原理见3.3含大小及转向含大小及转向 是一个先积分后比例的积分比例环节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呼应曲线框内的曲线是它对输入信号的阶跃呼应曲线 变阶跃突变为渐变变阶跃突变为渐变 变频器上普通称之为变频器上普通称之为“升速时间、升速时间、“减速时减速时 间的时间值就是它的积分时间间的时间值就是它的积分时间取其大小即绝对值输出取其大小即绝对值输出 采

10、用恒压频比加补偿的控制方式时，采用恒压频比加补偿的控制方式时，该曲线就是第该曲线就是第7 7章图章图7-37-3的控制特性曲线的控制特性曲线 给定信号分解成给定信号分解成电压给定、频率给电压给定、频率给定和转向给定三个定和转向给定三个给定输出，分别去给定输出，分别去控制变频器的控制变频器的*nU+GF-GIGAB*fU*VUDPI给定部分给定部分*fUt正、反转指令正、反转指令1回馈制动回馈制动Tn0 Nn0 Nn03调速系统的优点：调速系统的优点：1容易实现回馈制动，可四象限运转容易实现回馈制动，可四象限运转 2对缺点电流容易实现维护，可靠性高对缺点电流容易实现维护，可靠性高 3适用于制动和

11、经常正反转的负载调速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转速开环，系统的动静态性能不理想, 无法顺应负载转矩变化时的性能要求无法顺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，逆变器的输出电流是方波， 谐波分量大，对电网呵斥电污染。谐波分量大，对电网呵斥电污染。 反转的实现：改动环形分配器的脉冲相序。反转的实现：改动环形分配器的脉冲相序。 反转时同样有电动和回馈制动两反转时同样有电动和回馈制动两种形状，这就实现了四象限运转。种形状，这就实现了四象限运转。 8.1.4 回馈制动及系统优缺陷回馈制动及系统优缺陷4调速系统的缺陷：调速系统的缺陷：LdVIVRa

12、)3MUiUi回馈制动的实现：回馈制动的实现：2四象限运转四象限运转机械特性曲线：机械特性曲线：为什么速度不闭环？为什么速度不闭环？控制控制VI的频率，使的频率，使1n0 ，电机电机M进入第进入第象限发电运转，象限发电运转，VI整流，整流，Ui变负。变负。控制控制VR的控制角，使进入有源逆变，的控制角，使进入有源逆变，系统就进入了系统就进入了象限回馈制动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践转速反响量、转速闭环之差，是异步电动机的同步转速与实践转速反响量、转速闭环之差8.2 转差频率控制的交转差频率控制

13、的交-直直-交电流源型变频调速系统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缘由？常规他控式变频调速系统不能转速闭环的缘由？8.2.1 转差频率控制的实际根底根本原理转差频率控制的实际根底根本原理1. 定义：转差角频率定义：转差角频率 1s11,sssfsf2122120112222122220( )()( )()NNNTmNNNnrsrnETm pCnrs xrxn近似式：近似式： 221202NsTmTmNnTCCr nr022()NnNnx22( )r= 4.7K= 4.7KAIN1+AIN1+AIN1-AIN1-1 12 23 34 4DIN1DIN1DIN2DIN2D

14、IN3DIN3DIN4DIN45 56 67 78 8+15V+15V9 91010AIN2/PI+AIN2/PI+AIN2/PIAIN2/PIA1OUT+A1OUT+1111121213131414AOUTAOUT1515电机热电机热保护保护DIN5DIN5DIN6DIN6161617171818191920202121222223232424+5V+5VRL1RL1RL2RL22525262627271313N-N-P-P-A2OUT+A2OUT+AOUTAOUTPEPE- -+ +24V24VV:0 10V ORV:0 10V OR 2 10V 2 10VI:0 20mA ORI:0 2

15、0mA OR 4 20mA 4 20mARS485RS485P PJopDC+DC-控制面板控制面板2电压源型交电压源型交-直直-交交SPWM转速开环控制系统原理图转速开环控制系统原理图*rf*1U载波比N三相VVVF参考正弦发生器SPWM调制三角发生器*tf逻辑分配WSPWMWsin驱动加减速时间设定 V / f 曲线选择 函数发生器 单片机 调制模式选择 给定积分VIVRM3 正、反转设定变频器的任务方式：变频器的任务方式：转速开环控制转速开环控制转差频率控制转差频率控制矢量控制矢量控制交互式参数设定面板交互式参数设定面板intintinAuinAi1tabudUdU1tai)a)b)c3

16、制动及泵升电压制动及泵升电压 DCDC0VD0R0VTC限制泵升电压的能耗制动电路限制泵升电压的能耗制动电路 见4.2节 见4.2节VIVR2dU3 M02dU1VT6VT4VT5VT3VT2VTAu1VD4VD2VD6VD5VD3VD8.4 异步电动机电压源型交异步电动机电压源型交-交变频调速系统交变频调速系统8.4.1 交交-交变频电路概述交变频电路概述( (不讲不讲) )l 交交- -交变频电路也有电压源型与电流源型之分交变频电路也有电压源型与电流源型之分 l 交交-交变频电路的根底是第交变频电路的根底是第3章的章的V-M可逆系统可逆系统 l 对电压源型交对电压源型交- -交变频器，追求

17、的是输出电压正、负的交替变化及其正交变频器，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。交变频器。l 假设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假设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那么称之为电流控制型的电压源型交的变频器那么称之为电流控制型的电压源型交- -交变频

18、器交变频器 8.4.2 电压源型交电压源型交-交变频调速系统主电路交变频调速系统主电路b)a)c)d)电压源型交电压源型交-交变频器主电路交变频器主电路a)公共交流母线进线方式公共交流母线进线方式 b)电机丫接方式电机丫接方式 c) a图的简图图的简图 d)b图的简图图的简图 8.4.3 电压源型交电压源型交-交变频电路触发脉冲的控制方式交变频电路触发脉冲的控制方式余弦交点法余弦交点法移相角移相角的产生方法的产生方法 可控整流电路输出电压的平均值可表述为可控整流电路输出电压的平均值可表述为 cos)(dmdUU为了使输出电压为为了使输出电压为 tUum2sin那么就应有那么就应有 tUtUmdm2sin)(cos假设在控制电路中能产生一个给定正弦电压假设在控制电路中能产生一个给定正弦