电力拖动控制系统 2

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1f0mNmNf1NU11U)f(fU11)f(fm1恒转矩调速恒功率调速aabc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*nU+dLGF0f-GIGABAVRt*iUACRtiUGTAPGFCDRCGVF*fUVIVR*VUDPI+-VU+-++TV~正、反转指令M3~给定部分电压控制部分频率控制部分*fUt主电路部分以的换流为例，等效电路为tttAiBiCidIdI2000上下导通管11335511622446621.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120º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BeLCeLAeCAACeBdIVT1VT5VD1VD5VD6VT6L32Ccau1Di5Di（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VT3VT5VT1C1C2C5VD3VD5BALdId+C6C4C2VD1VT6VT2VT4VD4VD6VD2CUd-BiCiAi2.工作原理51VTVT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GVF8.1.3控制系统工作原理0f1Q2Q3Q4Q5Q6QTdL0fAVRt*iUACRtiUGTAPGFCDRCGVF*fUVIVR*VU+-VU+-++TV~M3~电压控制部分频率控制部分主电路部分正、反转指令电压检测的位置直接取自电机的端电压。电压指令。*VU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……1f0mNmNf1NU11U)f(fU11)f(fm1恒转矩调速恒功率调速aabc*nU+GF-GIGAB*fU*VUDPI给定部分*fUt正、反转指令1．回馈制动Tn0Nn0Nn03．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：LdVIVR~a)3~MUi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ω1ω，即nn0，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1s11,sssfsf2122120112222122220()()()()NNNTmNNNnrsrnETmpCnrsxrxn近似式：221202NsTmTmNnTCCrnr022()NnNnx22()r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。1/0.1sN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Φm不变0122()6060sppnnn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。1I1()sIfmIm12mIII111222222222()/()ssmmmmmmssjIxjIxsjILEIrsjxrjsxrjLrjx122(1)smmSjLIIrjL222212222()[()]()()smmsrLLIIrL标量形式：0S1ImI保持Im恒定时的曲线1()sIf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s辅助控制变量是I1变频器需输出的频率1s*UdLASRGFAPDRCGVF*1UVIVR*1iUDPI-UtACR1iU++-+*sUGTM+-U+*sU~3~2．系统原理图3．调速过程例0/SHz1234567DCBAmT1/ZfH50454042105T0nTtBCDAnTa)b)mTLT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Tl*UdLASRGFAPDRCGVF*1UVIVR*1iUDPI-UtACR1iU++-+*sUGTM+-U+*sU~3~8.3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）DIP开关123456：注开关6没有使用ADADDADARS485EBUMCPUPESI3AC380-500VL1,L2,L3~～3PEU,V,WPE+10V0V=4.7KAIN1+AIN1-1234DIN1DIN2DIN3DIN45678+15V910AIN2/PI+AIN2/PIA1OUT+11121314AOUT15电机热保护DIN5DIN6161718192021222324+5VRL1RL225262713N-P-A2OUT+AOUTPE-+24V～V:010VOR～210V～I:020mAOR～420mARS485PJopDC+DC-控制面板2．电压源型交-直-交SPWM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VIVR~M3~正、反转设定变频器的工作模式：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）intintinAuinAi1tabudUdU1tai)a)b)c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DCDC0VD0R0VTC~限制泵升电压的能耗制动电路见4.2节见4.2节VIVR~2dU3~M02dU1VT6VT4VT5VT3VT2VTAu1VD4VD2VD6VD5VD3VD8.4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b)a)c)d)~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α的产生方法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tUum2sin则就应有tUtUmdm2sin)(cos若在控制电路中能产生一个给定正弦电压tUum2sin并想法在控制回路中得到一个余弦同步电压tUudmU1cos并使mdmmdmUUUU则前两式所表示的两个电压波的交点处必有1211sincostUtUmdm1211sincostUtUmdm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-交变频调速系统交-交变频电路三相VVVF参考正弦发生器逻辑分配~M函数发生器正、反转控制极性鉴别触发时刻求取(调制)双宽脉冲形成+-绝对值变换余弦同步信号给定积分3~~t1．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。