电力拖动自动控制系统：异步电机变压变频调速系统

1、异步电机变压变频调速系统转差功率不变型调速系统(效率最高,性能最好,主要发展方向)电力拖动控制系统第 7 章西门子M440系列变频器丹佛斯VLT5000系列变频器ABBACS800系列变频器本章提要变压变频调速的基本控制方式静止式变频装置正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器异步电动机电压、频率协调控制的稳态机械特性转速开环、恒压频比控制的变频调速系统转速闭环、转差频率控制的变频调速系统异步电动机的多变量数学模型和坐标变换矢量控制的变频调速系统 * 三相异步电动机的工作原理对称三相绕组通入对称三相电流旋转磁场(磁场能量)旋转磁场切割转子绕组转子绕组中产生 e 和 i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转

2、子旋转起来机械负载旋转起来三相交流电能输出机械能量7.1 变压变频调速的基本控制方式 问题一：变频同时为什么还要变压？问题二：变压变频调速的基本控制方式有哪些？一、变频同时为什么还要变压？ 1、什么是主磁通 ？2、为什么调速时要求主磁通等于额定主磁通（ ），并基本保持不变？3、怎样保证调速时 不变？ 由定子基波旋转磁势产生并通过气隙与定子绕组和转子绕组同时交链的基波磁通叫主磁通。它是由定子电流中的一部分（励磁电流）产生的。、三相异步电动机主磁通 主磁通饱和的原因是磁路饱和，所以要提高主磁通需要大大的提高励磁电流，并且效果不明显。 同时导致电机定子电流增加，损害电机。 因此主磁通不能随意增加。异

3、步电动机磁化曲线饱和区2、为什么要求，并基本保持不变 如果主磁通减小，根据我们前面学过的公式： 可知，电机的电磁转矩也要减小，如要维持转矩不变，只有增大转子电流，这同样容易使电机定子电流过大（定子电流一部分用来抵抗转子电流），损害电机。 因此主磁通不能随意减小。对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变是很容易做到的。(什么是电枢反应,加装附加磁极以便使畸变的磁通得以补偿。对大型电机，在主磁极的顶部加装补偿绕组可使磁通分布畸变得以修正) 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要费一些周折了。3、怎样保证m不变？ 由于旋转磁场在旋

4、转过程中不仅切割转子绕组，同时还切割定子绕组本身，因此定子中产生了感应电动势：定子每相电动势（7-1） 式中 Eg 主磁通在定子每相中感应电动势的有效值f1定子电源频率（Hz）； N1定子每相绕组串联匝数； kN1基波绕组系数； m每极气隙磁通量（Wb）。 定子每相电动势 由公式： 可知3、怎样保证m不变？ 就能够保证励磁每极主磁通不变。 只要1、基频以下调速 由式（7-1）可知，要保持 m 不变，当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 Eg ，使 即采用恒电动势频率比的控制方式。 二、变频调速的基本控制方式即采用恒压频比的控制方式。1）频率较高时2）频率较低时 但是，在低频

5、时 U1 和 Eg 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压 U1 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。OU1f 1图7-1 恒压频比控制特性带压降补偿的恒压频比控制特性U1Nf 1Na 无补偿（U1=Kf1） b 带定子压降补偿 （ U1=K1f1a ）2、基频以上调速 在基频以上调速时，频率应该从 f1N 向上升高，但定子电压U1 一般不会超过额定电压U1N ，最多只能保持U1 = U1N 。 这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。电磁功率公式：电磁转矩公式：额定输出电磁功率为常数。2、基频以上调速 f1N变压变频控制特性图7-2

6、异步电机变压变频调速的控制特性恒转矩调速U1U1NmNm恒功率调速mU1f1O总结 在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定（转子电流为额定电流时），属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。恒转矩负载：传送带、搅拌机、挤压机和机械设备的进给机构等摩擦类负载以及起重机、提升机、电梯等重力负载 。恒功率负载：金属切削机床的主轴和造纸、薄膜生产线中的卷取机、开卷机等。 总结7.2 静止式变频装置 对于异步电机的变压变频调速，必须具备能够同时控制电压和频率的交流电源，而电网提供的是恒压恒频的电源，因此应该配置变压变频器，又称VVVF（Variable Voltage

7、 Variable Frequency）装置。7.2.1 交-直-交和交-交变压变频器 从整体结构上看，静止式变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。 一、交-直-交变压变频器（间接变频器） 交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如下图所示。交-直-交变压变频器基本结构图7-3 交-直-交（间接）变压变频器 变压变频(VVVF)中间直流环节恒压恒频(CVCF)逆变DCACAC 50Hz整流 由于这类变压变频器在恒频交流电源和变频交流输出之间有一个“中间直流环节”，所以又称间接式的变压变频器。 具体的整流和逆变电路种类很多，按照不同的

8、控制方式又可以分为以下几类：1、可控整流器变压、逆变器变频SCR可控整流器六 拍逆变器DCACAC 50Hz调频调压图7-4 a） 可控整流器调压、六拍逆变器调频的交-直-交变压变频器优点：结构简单、控制方便、适合大功率变频调速系统。缺点：当电压频率调的较低时，电网功率因数小、输出环节谐波分量较大。1、可控整流器变压、逆变器变频2、不控整流器整流、斩波器变压、逆变器变频不控整流器逆变器DCACAC 50Hz调频调压图7-4 b） 不控整流、斩波器调压、六拍逆变的交-直-交变压变频器DC斩波器优点：电网功率因数高。缺点：控制环节较多，输出环节谐波分量较大。2、不控整流器整流、斩波器变压、逆变器变

9、频图7-4 c） PWM变压变频器变压变频(VVVF)中间直流环节恒压恒频(CVCF)PWM逆变器DCACAC 50Hz调压调频C3、不控整流器整流、PWM逆变器同时变压变频优点： 1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有逆变单元可控，通过它同时调节电压和频率，结构简单。3、不控整流器整流、PWM逆变器同时变压变频 2）输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于采用了恰当的PWM控制技术，正弦基波的比重较大，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能。 3）逆变器同时实现调压和调频，动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，系统的动态性能也得以提高。 4）

10、采用不可控的二极管整流器，电源侧功率因素较高，且不受逆变输出电压大小的影响。 PWM变压变频器常用的功率开关器件有： GTO ， MOSFET，IGBT和IGCT，IPM等。 受到开关器件额定电压和电流的限制，对于特大容量电机的变压变频调速仍只好采用半控型的晶闸管（SCR）和交交变频器。 二、交-交变压变频器 交-交变压变频器的基本结构如下图所示，它只有一个变换环节，把恒压恒频（CVCF）的交流电源直接变换成VVVF输出，因此又称直接式变压变频器。图7-5 交-交（直接）变压变频器交交变频AC50HzACCVCFVVVF 常用的交-交变压变频器输出的每一相都是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置

11、反并联的可逆线路（图7-6 a）。交-交变压变频器的基本电路结构VRVFId-Id+-+a) 电路结构一相绕组 50Hz 50Hzu0图7-6a 交-交变压变频器每一相的可逆线路交-交变压变频器的控制方式电压极性控制方式 正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压 u0 ， u0 的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。如果控制角一直不变，则输出平均电压是方波，如下图 所示。图6-13b 方波形平均输出电压波形tu0正组通反组通正组通反组通输出电压波形电压幅值控制方式 要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装置导通期间不断改变其控制角a。 例如：在正向组导通的半个周期中，使控制

12、角 由/2（对应于平均电压 u0 = 0）逐渐减小到 0（对应于 u0 最大），然后再逐渐增加到 /2（ u0 再变为0），如下图所示。2A0w ta =a = 0 p 2a = p BCDEFu0图7-7 交-交变压变频器的单相正弦波输出电压波形输出电压波形单相交交变频电路输出电压和电流波形三相交交变频电路 三相交交变频电路可以由3个单相交交变频电路组成，其基本结构如下图所示。 如果每组可控整流装置都用桥式电路，含6个晶闸管（当每一桥臂都是单管时），则三相可逆线路共需36个晶闸管，即使采用零式电路也须18个晶闸管。三相交交变频器的基本结构输出星形联结方式三相交交变频电路三相桥式交交变频电路

13、这类交-交变频器的特点是：输入功率因数较低，其最高输出频率不超过电网频率的 1/3 1/4，一般主要用于球磨机、水泥回转窑等大容量、低转速的调速系统。7.2.2 电压源型和电流源型变频器 在交-直-交变压变频器中，按照中间直流环节直流电源性质的不同，逆变器可以分成电压源型和电流源型两类，两种类型的实际区别在于直流环节采用怎样的滤波器。两种类型变频器结构LdIdCdUdUd+-a) 电压源b) 电流源图7-8 电压源型和电流源型变频器示意图电压源型变频器（Voltage Source InverterVSI ），直流环节采用大电容滤波，因而直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻为零的恒压源

14、，输出交流电压是矩形波或阶梯波。电流源型变频器（Current Source Inverter CSI），直流环节采用大电感滤波，直流电流波形比较平直，相当于一个恒流源，输出交流电流是矩形波或阶梯波。 性能比较（1）无功能量的缓冲：滤波器除滤波外，还起着对无功功率的缓冲作用，使它不致影响到交流电网。因此两类变频器的区别还表现在采用什么储能元件（电容器或电感器）来缓冲无功能量。（2）能量的回馈：用电流源型变频器容易实现能量的回馈，便于四象限运行。电压源型的变频器因为其中间直流环节有大电容钳制电压，能量回馈比较困难。M3+-UdIdLdCSI 电动Te 逆变UCRa）电动运行PM3+-UdIdLd

15、CSI 90o有源逆变1 发电Te整流UCRb）逆变运行P（3）动态响应：由于电流源型变压变频调速系统的直流电压可以迅速改变，所以动态响应比较快，而电压源型变压变频调速系统的动态响应就慢得多。 电压源型变频器电压控制响应慢，不易波动，所以适于做多台电机同步运行时的供电电源，或单台电机调速但不要求快速起制动和快速减速的场合。 电流源型变频器的系统则相反，不适用于多电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求。应用场合 按电压等级分类： 1、“低压”型（220V460V） 2、“高压大容量”型（3KV、6KV、10KV）7.2.3 低压变频器和高压变频器 按用途分类： 1、“专用”型 2、“通用

16、”型7.2.4 专用型变频器和通用型变频器 为了改善交流电动机变压变频调速系统的性能，在出现了全控式电力电子开关器件之后，科技工作者在20世纪80年代开发了应用PWM技术的逆变器。 由于它的优良技术性能，当今国内外各厂商生产的变压变频器都已采用这种技术，只有在全控器件尚未能及的特大容量时才属例外。7.3 正弦波脉宽调制（SPWM ）技术 控制逆变器中功率开关器件导通或关断，使其输出端获得一系列等幅不等宽的矩形脉冲，以便得到所需要的等效波形。而决定开关器件动作顺序和时间分配规律的控制方法称为脉宽调制方法。脉冲宽度调制方法SPWM技术的基本原理 面积等效原理：面积相等而形状不同的窄脉冲，分别加在具

17、有惯性环节的输入端，其作用效果基本相同。 形状不同而面积相同的各种窄脉冲d)单位脉冲函数f (t)d (t)tOa)矩形脉冲b)三角形脉冲c)正弦半波脉冲tOtOtOf (t)f (t)f (t)b) 面积相等的各种窄脉冲的响应波形具体的实例说明“面积等效原理”a）e (t)电压窄脉冲，是电路的输入。 i (t)输出电流，是电路的响应。 一、SPWM逆变器的工作原理SPWM波形正弦波形如何得到SPWM波形？ 以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave），当调制波与

18、载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得一系列等幅不等宽的矩形波。调制波载波如何得到SPWM波形？SPWM逆变电路的控制方式如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做单极性控制方式。如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，同时SPWM波也是在正负之间变化，叫做双极性控制方式。单极性SPWM控制波形单极性SPWM控制223344正半周控制V3单极性SPWM控制波形双极性SPWM控制波形双极性SPWM控制223344-+-双极性SPWM控制波形变频器的三相桥式SPWM逆变电路 三相

19、桥式PWM逆变器主电路原理图调制电路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4utV6VD6V5VD5BACNNC+C+urAurBurC2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT2电动机图7-15 三相桥式PWM逆变器的双极性SPWM波形 w1 tOOOOUd2-Ud2w1 tw1 tw1 tw1 turaurburcutuAO-Ud2Ud2-Ud2-UdUd2UduCOuBOuAB说明：1、PWM逆变器的调压调频过程是通过控制三相调制信号同时进行。2、双极式控制时同一相上下两个桥臂的驱动信号互补，为了安全起见，转换中间要有延时。3、二极管起续流作用。调压调频同时进行二、SPWM逆变器的同

20、步调制和异步调制载波比载波频率 ft与调制信号频率 fr 之比N，既 N = ft / fr 根据载波比的变化与否，SPWM调制方式分为异步调制和同步调制。（1）同步调制 同步调制在变频时使载波和调制波保持同步，即N 等于常数。三相电路中公用一个三角波载波，且取 N 为3的整数倍，使三相输出对称；为使一相的SPWM波正（负）半周镜对称，N应取奇数；fr 很低时，ft 也很低，由调制带来的谐波不易滤除；fr 很高时，ft 会过高，使开关器件难以承受。（2）异步调制 异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式。通常保持 ft 固定不变，当 fr 变化时，载波比 N 是变化的；在信号波的半周期内，P

21、WM波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期图形不能保证镜对称；当 fr 较低时，N 较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小；当 fr 增高时，N 减小，一周期内的脉冲数减少，SPWM 脉冲不对称的影响就变大。（3）分段同步调制把 fr 范围划分成若干个频段，每个频段内保持N恒定，不同频段N不同；在 fr 高的频段采用较低的N，使载波频率不致过高；在 fr 低的频段采用较高的N，使载波频率不致过低。分段同步调制方式ft（4）混合调制 可在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式，这样把两者的优点结合起来，和分段同步方式效果接近。7.4

22、电压、频率协调控制的稳态机械特性机械特性方程式一、恒压恒频时异步电动机的机械特性 当定子电压 U1 和电源角频率 1 恒定时，机械特性方程式可以改写成如下形式： （7-19） 特性分析当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则 特性分析（续）当 s 接近于1时，如果在R2 前加上一个s，则 （7-21）机械特性 当 s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段，如图所示。smnn0sTe100TeTemaxTemax图7-23 恒压恒频时异步电机的机械特性二、电压-频率协调控制下的机械特性1、恒压频比控制（ U1 /1 常数） 前面已经指出，为了近似地保持气隙磁通不变，以便充分

23、利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下须采用恒压频比控制。这时，同步转速自然要随频率变化。 （7-22） 在式（7-20）所表示的机械特性近似直线段上，可以导出：（7-24） 带负载时的转速降落为： （7-23） 对于同一转矩T，转速降落是基本不变的。On最大电磁转矩（7-25）当角频率减小时，最大电磁转矩将减小。当频率很低时，Temax减小（主磁通减小），将限制电机的带载能力，采用定子压降补偿，适当地提高定子电压U1，可以增强带载能力。机械特性曲线On图7-24 恒压频比控制时变频调速的机械特性补偿定子压降后的特性图7-25 异步电动机稳态等效电路和感应电动势 U11R1Ll1Ll

24、2LmR2 /sI1I0I2EgEsErEs 定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势Eg 气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中的感应电动势Er 转子全磁通在转子绕组中的感应电动势2、恒 Eg /1 控制 特性分析 如果在电压频率协调控制中，恰当地提高定子电压 U1 的数值，使它在克服定子阻抗压降以后，能维持 Eg /1 为恒值（基频以下），则由式 可知，无论频率高低，每极磁通 m 均为常值。 特性分析由等效电路可以看出（7-26）代入电磁转矩基本关系式得（7-27） 将上式对 s 求导，并令 dTe / ds = 0，可得恒Eg /1控制特性在最大转矩时的转差率： （7-30） 最大转矩：（7-

25、31） 特性分析 值得注意的是，当Eg /1 为恒值时，Temax 恒定不变，其稳态性能优于恒 U1 /1 控制的性能。 这正是恒 U1 /1 控制中补偿定子压降所追求的目标。 特性分析机械特性曲线OnTemax恒 Eg /1 控制时变频调速的机械特性最大电磁转矩和临界转差率都好于恒U1 /1 3、恒 Er /1 控制 如果把电压频率协调控制中的电压再进一步提高，把转子漏抗上的压降也抵消掉，得到恒 Er /1 控制，那么，由异步电动机等效电路图可写出：（7-32） 代入电磁转矩基本关系式，得 （7-33） 现在，不必再作任何近似就可知道，这时的机械特性完全是一条直线。0s10Te几种电压频率协

26、调控制方式的特性比较图7-26 不同电压频率协调控制方式时的机械特性恒 Er /1 控制恒 Eg /1 控制恒 U1 /1 控制ab c 显然，恒 Er /1 控制的稳态性能最好，可以获得和直流电机一样的线性机械特性。这正是高性能交流变频调速所要求的性能。 现在的问题是，怎样控制变频装置的电压和频率才能获得恒定的 Er /1 呢？ 由此可见，只要能够按照转子全磁通幅值 rm = 常数进行控制，就可以获得恒 Er /1 了。这是矢量控制系统所遵循的原则。 4、几种协调控制方式的比较 综上所述，在正弦波供电时，按不同规律实现电压频率协调控制可得不同类型的机械特性。 1）恒压频比（ U1 /1 =

27、恒值 ）控制最容易实现，它的机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般调速要求，但低速带载能力较差，须进行定子压降补偿。 2）恒Eg /1 控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到m = 恒值，低速时最大电磁转矩不变，从而改善了低速性能。但机械特性曲线还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。 3）恒 Er /1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通 rm 恒定进行控制，即得： Er /1 = 恒值 而且，在动态中尽可能保持 rm 恒定是矢量控制系统的目标，但是实现起来是比较复杂的。5、基频以上恒压变频时的机械特性性能分析 在基频以上变频调速时

28、，由于定子电压 U1= UN 不能再增加，交流电动机的机械特性方程式可写成 ：性能分析（续）最大转矩表达式为：而且同步转速公式为：机械特性曲线恒功率调速O 由此可见，当角频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变，如图所示。 基频以上恒压变频调速的机械特性7.5 转速开环、恒压频比控制的变频调速系统概述 书中介绍的恒压频比控制变频调速系统采用可控整流器整流、逆变器变频式结构，并且逆变装置采用晶闸管器件，工作频率低，逆变输出波形谐波分量大，现在已经较少使用。7.5 转速开环、恒压频比控制的变频调速系统给定积分器绝对值变换器函数发生器动态校正器电压频率变换器环形分配器

29、脉冲放大器极性鉴别器7.5 转速开环、恒压频比控制的变频调速系统 现代通用变频器大都是采用二极管整流和由快速全控电力电子器件（ 主要为IGBT 或功率模块IPM） 组成的PWM逆变器，构成的交-直-交变压变频器。这种模式已经占领了全世界中、小容量（0.5500kVA） 变频调速装置的绝大部分市场。系统组成M3电压检测泵升限制电流检测温度检测电流检测单片机显示设定接口PWM发生器驱动电路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2变频器的组成：它可分为两大部分，即主回路和控制电路。主回路：整流电路、滤波电路、逆变电路、 制动电路和外围设备等。控制电路：计算机控制系统、键盘与显 示、 内部接口

30、、信号检测与传递、供电 电源、外接端子等。电路分析主电路由二极管整流器UR、PWM逆变器UI和中间直流电路三部分组成，一般都是电压源型的，采用大电容C滤波，同时兼有无功功率交换的作用。主电路限流电阻泵升限制及制动电路主电路控制电路：以微处理器为核心的数字电路，其功能是接受各种设定信息和指令，根据它们的要求形成驱动逆变器工作的PWM信号。微机芯片主要采用单片机、DSP，甚至已有应用RISC（精简指令系统计算机）的产品出现。控制电路PWM信号产生可以由微机本身的软件产生，由PWM端口输出，也可采用专用的PWM生成芯片。检测与保护电路各种故障的保护。由电压、电流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压

31、、光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入A/D转换器，输入给CPU作为控制算法的依据，或者作为开关电平产生保护信号和显示信号。给定积分由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，因此，频定设定信号必须通过给定积分算法产生平缓升速或降速信号，升速和降速的积分时间可以根据负载需要由操作人员分别选择。控制电路信息设定需要设定的控制信息主要有：U/f 特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间等，还可以有一系列特殊功能的设定（回避频率、频率上升曲线、频率下降曲线等）。控制电路 输入输出接口端子tff *ufu给定积分器U / f 曲线脉冲发生器驱动电路工作频率设定升降速时间设定电压补偿设定PWM产生 P

32、WM变压变频器的基本控制作用 控制电路补充：通用变频器功能简介频率给定功能与频率相关变量的设定运行控制与制动控制其它功能一、频率给定功能1、由操作面板上的功能键给定频率 键盘给定频率大小是通过键盘上的升键(键) 和降键(键)来进行给定。键盘给定属于数字量给定，精度较高。2、由操作面板上的功能电位器给定频率 （某些品牌变频器没有此功能） 电位器给定部分是变频器在面板上设置了电位器，如下图所示。频率大小可以通过电位器来调节。电位器给定属于模拟量给定，精度稍低。一、频率给定功能1、由操作面板上的功能键给定频率2、由操作面板上的功能电位器给定频率面板给定方式一、频率给定功能 变频器的面板通常可以取下，

33、通过延长线安置在用户操作方便的地方，如图所示。一、频率给定功能3、外部端子给定频率4、远程通信外部给定方式一、频率给定功能3、外部端子给定频率(a) 外接模拟量给定 通过外接给定端子从变频器外部输入模拟量信号(电压或电流)进行给定：电压信号：以电压大小作为给定信号，给定信号的范围有：010V、110V、010V、05V、15V、05V等。电流信号：以电流大小作为给定信号，给定信号的范围有：020mA、420mA等。一、频率给定功能3、外功能端子给定频率(b)外接数字量给定 通过外接开关量端子输入开关信号进行给定。一、频率给定功能4、远程通讯 由PLC或计算机通过通讯接口进行频率给定。二、与频率

34、相关参数的设置（一）极限频率fmax1、最高频率fmax 变频器工作时允许输出的最高频率。2、基本频率fb 用于设定变频器的输出模式（恒压变频或变压变频）。通常设定为额定频率。 最高频率fmax、基本频率fb与电压的关系二、与频率相关参数的设置3、上限频率fH和下限频率fL二、与频率相关参数的设置（二）加速时间和减速时间1、加速时间定义1：变频器的输出频率从0Hz上升到基本频率所需要的时间。定义：变频器的输出频率从0Hz上升到最高频率所需要的时间。在大多数情况下，最高频率和基本频率是一致的。二、与频率相关参数的设置 2、减速时间定义：变频器的输出频率从基本频率下降到0Hz所需要的时间。定义：变

35、频器的输出频率从最高频率下降到0Hz所需要的时间二、与频率相关参数的设置 加速时间和减速时间二、与频率相关参数的设置注意：1、加速时间过短会造成电机和变频器电流过载。2、减速时间过短会造成变频器主回路中的滤波器件和逆变器件损坏。3、变频器的实际加速、减速时间与工作频率有关。二、与频率相关参数的设置（三）加速曲线和减速曲线1、加速曲线 加速过程中，变频器的输出频率随时间上升的关系曲线，称为加速曲线，一般有三种加速曲线：1）线性方式输出频率随时间成正比上升。2）S形方式在加速的起始和终了阶段，频率的上升较缓。3）半S形方式正半S形和反半S形（加速度变化）。二、与频率相关参数的设置1、加速曲线2、减

36、速曲线 加速过程中，变频器的输出频率随时间下降的关系曲线，称为减速曲线，一般有三种减速曲线：1）线性方式输出频率随时间成正比下降。2）S形方式在减速的起始和终了阶段，频率的下降较缓。3）半S形方式正半S形和反半S形（加速度变化）。二、与频率相关参数的设置2、减速曲线（四）回避频率 任何机械在运转过程或多或少会振动，都有一个固有振荡频率。如果生产机械运行在某一转速下时，所引起的振动频率和机械的固有振荡频率相吻合的话，则会产生机械共振，并导致机械损坏等严重后果。 为避免产生共振，变频器采取回避几个频率段的措施。二、与频率相关参数的设置（四）回避频率段的设定1、设定回避频率的上端和下端频率2、设定回

37、避频率值和回避频率范围3、只设置回避频率，范围内定二、与频率相关参数的设置（五）分段频率设置功能二、与频率相关参数的设置三、运行控制与制动功能（一）正反转控制功能控制方式：面板控制通过端子远程控制通讯控制（二）点动控制功能 首先设定点动频率，点动时，变频器以点动频率输出电压。三、运行控制与制动功能（三）制动功能 1、直流制动 2、回馈制动三、运行控制与制动功能四、其他功能（一）过载保护功能1、自身保护功能 控制主回路、发出报警信号。2、对电动机的保护功能 检测输出电流大小，判断电机是否过载。（二）瞬时停电再起动功能1、瞬时停电后不起动 2、瞬时停电后再起动 根据负载的惯性不同，再次起动的频率也

38、可以有不同设置。四、其他功能 我们知道，任何电力拖动自动控制系统都服从于基本运动方程式 提高调速系统动态性能主要依靠控制转速的变化率 d / dt ，根据基本运动方程式，控制电磁转矩就能控制 d / dt ，因此，归根结底，调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。7.6 转速闭环、转差频率控制的变频调速系统一、转差频率控制的基本概念直流电机电磁转矩：交流电机电磁转矩：首先假设m 不变，由等效电路图得：带入交流电机电磁转矩公式得：令 ，并定义为转差角频率，则（746） 当电机稳态运行时，s 值很小，因而 s也很小，则电磁转矩可近似表示为（746）（747）结论控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差

39、频率控制的基本概念。二、转差频率控制规律 转差频率控制的基本概念是通过控制转差频率来控制交流电机得电磁转矩，因此我们首先要找出两者之间的关系。 由公式可得：（7-46）可以看出：在s 较小的稳态运行段上，转矩 Te基本上与s 成正比当Te 达到其最大值Temax 时，s 达到smax值。smaxsmTemaxTemsTeO图7-46 按恒m值控制的 Te=f (s ) 特性 在转差频率控制系统中，只要给s 限幅，使其限幅值为 （7-50） 就可以基本保持 Te与s 的正比关系，也就可以用转差频率控制来代表转矩控制。这是转差频率控制的基本规律之一。 上述规律是在保持m恒定的前提下才成立的，于是问

40、题又转化为，如何能保持m 恒定？由等效电路图得： 最后得出定子电流和励磁电流幅值关系（7-52） 如果I0不变，图7-47 恒m值控制的 I1=f (s ) 函数曲线 反过来，只要I1 和s的关系符合上图所示对应的关系，就能保持 m 恒定不变。这是转差频率控制的基本规律之二。 总结起来，转差频率控制的规律是：（1）在 s sm 的范围内，转矩 Te 基本上与 s 成正比，条件是气隙磁通不变。（2）在不同的定子电流值时，按上图的函数关系 I1 = f (s) 控制定子电流，就能保持气隙磁通m恒定。三、 转差频率控制的变频调速系统系统组成控制原理性能评价系统组成 转差频率控制的转速闭环变压变频调速

41、系统结构原理图FBS电压型逆变器PWMM3 ASR 最大值 内部相当于有一个电流环 控制原理 实现上述转差频率控制规律的转速闭环变频调速系统结构原理图如图所示。频率控制转速调节器ASR的输出信号是转差频率给定值s* ，它与实测转速信号 相加，即得定子频率给定信号 1* ，即 电压控制当给出一个转差角频率s时，根据图7-47对应唯一一个定子电流值，将此电流值与检测定子电流值进行比较，从而得到定子电压给定信号 U1* ，用 U1* 和 1* 控制PWM逆变器，即得异步电机调速所需的变压变频电源。 性能评价 转差角频率 s*与实测转速信号 相加后得到定子频率给定信号 1* ，这一关系是转差频率控制系

42、统突出的特点或优点。它表明，在调速过程中，实际频率给定信号1*随着实际转速 同步地上升或下降，有如水涨而船高，因此加、减速平滑而且稳定。 同时，由于在动态过程中转速调节器ASR的饱和限制，系统能用对应于 sm 的限幅转矩Tem 进行控制，保证了在允许条件下的快速性。 性能评价 由此可见，转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速系统能够象直流电机双闭环控制系统那样具有较好的静、动态性能，是一个比较优越的控制策略，结构也不算复杂。 然而，它的静、动态性能还不能完全达到直流双闭环系统的水平，存在差距的原因有以下几个方面： 性能评价（1）在分析转差频率控制规律时，是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发的，所谓的“保持磁通 m恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。在动态中 m肯定不会恒定，从而影响系统的实际动态性能。 性能评价（2）定子电流控制环节只抓住定子电流的幅值，没有控制到电流的相位，而在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。 性能评价（3）在频率控制环节中，取 1 = s + ，使频率1与转速同步升降，这本是转差频率控制的优点。然而，如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式传递到频率控制信号上来。 性能评价一、异步电动机动态数学模型的性质直