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1、第二節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)?引言直流電機(jī)的主磁通和電樞電流分布的空間位置是確定的，而且可以獨(dú)立進(jìn)行控制，交流異步電機(jī)的磁通則由定子與轉(zhuǎn)子電流合成產(chǎn)生，它的空間位置相對(duì)于定子和轉(zhuǎn)子都是運(yùn)動(dòng)的，除此以外，在籠型轉(zhuǎn)子異步電機(jī)中，轉(zhuǎn)子電流還是不可測(cè)和不可控的。因此，異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型要比直流電機(jī)模型復(fù)雜得多，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，人們對(duì)它的精確表述不得要領(lǐng)。好在不少機(jī)械負(fù)載，例如風(fēng)機(jī)和水泵，并不需要很高的動(dòng)態(tài)性能，只要在一定范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)高效率的調(diào)速就行，因此可以只用電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型來(lái)設(shè)計(jì)其控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制，可以采用轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?/p>
2、，這就是常用的通用變頻器控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)型控制系統(tǒng)電壓/頻率比控制是控制定子電壓和定子頻率，使定子電壓以一定的函數(shù)關(guān)系跟蹤定子頻率的變化，從而在調(diào)頻調(diào)速過(guò)程中近似地保持電機(jī)氣隙磁通不變的一種控制方法。中間直流電壓可調(diào)的電壓型逆變器－異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路由基準(zhǔn)部分、整流器控制部分和逆變器控制部分組成。1、基準(zhǔn)部分2、整流器控制部分3、逆變器控制部分電壓/頻率比控制，無(wú)法控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率，對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)由同一臺(tái)逆變器供電的情況，各臺(tái)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率一般是不同的，即使同一臺(tái)異步電機(jī)，轉(zhuǎn)差頻率的大小也是隨負(fù)載的大小而變化的。是一種頻率（轉(zhuǎn)速）的開(kāi)環(huán)控制，并不能對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行精確
3、的控制。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)型控制系統(tǒng)如果變頻調(diào)速系統(tǒng)長(zhǎng)期處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)而不需要頻繁起動(dòng)和制動(dòng)；或者負(fù)載特性比較固定，基本上不需要因電機(jī)特性差異而進(jìn)行調(diào)整的一類(lèi)負(fù)載（風(fēng)機(jī)、水泵等節(jié)能調(diào)速），可以采用電壓閉環(huán)、轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)的控制系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)型控制系統(tǒng)電壓/頻率比控制時(shí)的各種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性通常是以轉(zhuǎn)差頻率為恒坐標(biāo)給出的。電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性電壓/頻率比控制穩(wěn)態(tài)特性6.5.1轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)——通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)概述現(xiàn)代通用變頻器大都是采用二極管整流和由快速全控開(kāi)關(guān)器件IGBT或功率模塊IPM組成的PWM逆變器，構(gòu)成交-直-交電壓源型變壓變頻器，已經(jīng)占領(lǐng)了全
4、世界0.5~500KVA中、小容量變頻調(diào)速裝置的絕大部分市場(chǎng)。所謂“通用”，包含著兩方面的含義：（1）可以和通用的籠型異步電機(jī)配套使用；（2）具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。下頁(yè)圖繪出了一種典型的數(shù)字控制通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。1.系統(tǒng)組成M3~電壓檢測(cè)泵升限制電流檢測(cè)溫度檢測(cè)電流檢測(cè)單片機(jī)顯示設(shè)定接口PWM發(fā)生器驅(qū)動(dòng)電路~URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR22.電路分析主電路——由二極管整流器UR、PWM逆變器UI和中間直流電路三部分組成，一般都是電壓源型的，采用大電容C濾波，同時(shí)兼有無(wú)功功率交換的作用。主電路（續(xù)）限流電阻：為了避免大電容C在
5、通電瞬間產(chǎn)生過(guò)大的充電電流，在整流器和濾波電容間的直流回路上串入限流電阻（或電抗），通上電源時(shí)，先限制充電電流，再延時(shí)用開(kāi)關(guān)K將短路，以免長(zhǎng)期接入時(shí)影響變頻器的正常工作，并產(chǎn)生附加損耗。主電路（續(xù)）泵升限制電路——由于二極管整流器不能為異步電機(jī)的再生制動(dòng)提供反向電流的通路，所以除特殊情況外，通用變頻器一般都用電阻吸收制動(dòng)能量。減速制動(dòng)時(shí)，異步電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，首先通過(guò)逆變器的續(xù)流二極管向電容C充電，當(dāng)中間直流回路的電壓（通稱(chēng)泵升電壓）升高到一定的限制值時(shí)，通過(guò)泵升限制電路使開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，將電機(jī)釋放的動(dòng)能消耗在制動(dòng)電阻上。為了便于散熱，制動(dòng)電阻器常作為附件單獨(dú)裝在變頻器機(jī)箱外邊。二極管整流電
6、流波形具有較大的諧波分量，使電源受到污染。為了抑制諧波電流，對(duì)于容量較大的PWM變頻器，都應(yīng)在輸入端設(shè)有進(jìn)線電抗器，有時(shí)也可以在整流器和電容器之間串接直流電抗器。還可用來(lái)抑制電源電壓不平衡對(duì)變頻器的影響。電路分析（續(xù)）控制電路——現(xiàn)代PWM變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數(shù)字電路，其功能主要是接受各種設(shè)定信息和指令，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的PWM信號(hào)，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動(dòng)逆變器工作的PWM信號(hào)。微機(jī)芯片主要采用8位或16位的單片機(jī)，或用32位的DSP，現(xiàn)在已有應(yīng)用RISC的產(chǎn)品出現(xiàn)。控制電路（續(xù)）PWM信號(hào)產(chǎn)生——可以由微機(jī)本身的軟件產(chǎn)生，由PWM端口輸出，也可采用
7、專(zhuān)用的PWM生成電路芯片。檢測(cè)與保護(hù)電路——各種故障的保護(hù)由電壓、電流、溫度等檢測(cè)信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理電路進(jìn)行分壓、光電隔離、濾波、放大等綜合處理，再進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，輸入給CPU作為控制算法的依據(jù)，或者作為開(kāi)關(guān)電平產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)和顯示信號(hào)?？刂齐娐罚ɡm(xù)）信號(hào)設(shè)定——需要設(shè)定的控制信息主要有：U/f特性、工作頻率、頻率升高時(shí)間、頻率下降時(shí)間等，還可以有一系列特殊功能的設(shè)定。由于通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是轉(zhuǎn)速或頻率開(kāi)環(huán)、恒壓頻比
