1、运动控制大作业异步电动机的调速系统郑鹏090201102012/5/4运动控制系统大作业标量控制，如其名所述仅与幅度的变化有关，与电机的耦合作用无关。例如，电机可以通过控制电压来控制磁通，控制频率或者转差率来控制转矩。然而，磁通和转矩又分别是电压和频率的函数。标量控制与矢量或者磁场定向控制比较起来，矢量变量是幅度和相位的定向控制（将在后面讨论）。标量控制驱动器的性能较差，不过他们易于实施。标量控制的驱动器已经广泛应用于工业，但是在许多应用的要求中，其重要性最近由于存在性能优越的矢量控制驱动器已经大为减少。在本节中，将讨论几种标量反馈电压电流反馈逆变器控制技术。一开环伏/赫兹控制感应电机的开环v
2、/Hz控制由于方法简单，是迄今为止最流行的速度控制方法，这种类型的电机广泛应用于工业。传统上，异步电动机使用60赫兹电源用于带恒速的应用。对于调速的应用，一般采用变频调速。不过，在忽略定子电阻Rs下降的条件下，电压和频率成正比，所以磁通保持不变（见图2.14）。图8.4显示了伏特/赫兹的速度控制方法的框图。电源电路是由一个单一或三相交流电源，LC滤波器，PWM电压反馈变频器组成的晶体管整流桥。在理想状态下，电路没有对反馈信号的控制需要。在忽略了电机的小转差率的频率sl的条件下，频率e*是主要的控制变量，因为他约等于速度R。相电压Vs*的控制是直接通过增益因子G产生于频率控制，如图所示，使磁通s
3、保持不变。如果电机忽视定子电阻和漏磁感抗压降，磁通相当于气隙磁通M或转子磁通r。随着频率在低转速时变小，定子电阻分压，从而磁通削弱。加入了升压电压V0，额定磁通和相应的满转矩可低至零速（低频补偿）。注意：在更高的频率，升压的作用变得微不足道。频率e*信号积分产生角度信号E*，由图中所示的表达式生成相应的正弦电压（VA*，VB*和VC*信号）。PWM控制器与变频器合成成一个模块。图8.5所示驱动器在风机和泵型负载的转矩速度平面上的稳态表现（Tl= Kr2）。随着频率的逐渐增加，速度也几乎按比例增加，就像点1,2,3,4等点所指出的。在电源电压饱和的弱磁区进行无级调速。现在考虑的负载转矩和线电压变
4、化的影响。如果初始工作点是3和负载转矩TL的相同频率指令增加，速度从R会下降R。这是略微的下降，尤其是高效（即低转差率）的电机，对于对速度控制精度要求不高的泵或风扇式驱动器来说这可以被忽略。现在假设，操作点a在另一个转矩速度曲线上。如果ac线电压降低，可以降低电机的端电压。转速在开环控制下通过加入一个有频率命令的预计转差率信号也能实现下降校正。如果频率指令e*突然增加一点，转差率会改变电磁转矩（在安全范围内），但转速会因为电机的惯性而不会改变。然而，如果频率指令增加一大块（正或负）想要改变转速，驱动器容易变得不稳定。在图8.6中，电机令人满意的加速/减速的特性会被解释。Figure8.6假设一
5、个简单的纯惯性型负载和该机器的初始工作在点1。频率指令突然增大一点，转差频率也随之增加，工作点转移到与额定点相对应的点2，转矩进行调整。在速度跟着频率在转差频率的限制范围内的时候，驱动器通过斜坡频率指令不断加速，来保持定子电流限制的稳定和安全。在工作点3，可递减频率命令，以达到稳定状态的工作点4点。电机转速和速度的关系式由下面给出：r= Te-TLJdt (8.17) 其中J=转动惯量；Te=电磁转矩；Tl=负载转矩（在这里为零）。额定转矩Te，加速斜率dr/ dt都由参数J决定，就如同图8.6（b）所示。一个较高的转动惯量允许慢加速，反之亦然。如果可以在线预先估计一个可变惯性负载的J，那么加
6、速驱动器就可以预先确定了。对于减速的表现也与加速相类似，在图8.6已经也已解释。同在线一侧的二极管整流器，逆变器将需要一个动态制动，如同图8.4所示。通过频率指令一点点递减，工作点由于电磁转矩为负从1点变换到5点。然后，他将会以恒定的斜率减速，直到重新达到稳定工作点7。二转差频率控制1.基本概念图示为定子电流补偿恒Eg1控制的电压频率特性。高频时，定子漏抗压降占主导地位，可忽略定子电阻，电压频率特性曲线特性近似呈线性；低频时，Rs的影响不可忽略，曲线呈现非线性性质。因此，转差频率控制的规律可总结为：（1） 在ssm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
7、值时，按图的Us=f(1，Is)函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。2.系统结构如图所示：转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统结构原理图内环为正反馈，将转速调节器ASR的输出信号给定转差频率s*与实际转速想家，得到定子频率给定信号1*，即1*=s*+；实际转速由速度传感器FBS测得。然后，根据Us=f(1，Is)函数，由给定频率1*和当前定子电流Is求得定子电压给定信号Us*=f(1*，Is)，用Us*和1*控制PWM变频器，即得到异步电动机调速所需的定子电压和频率。由于正反馈是不稳定结构，需设置转速负反馈外环，才能使系统稳定运行，ASR为转速调节器，一般选用PI调节器。3. 转差频率控制系统的特点转差频率控制系统突出的特点或优点有：转差角频率s*与实测转速相加后得到定子频率1*，在调速过程中，实际频率1随着实际转速同步地上升或下降，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饱和，系统以对应于smax的最大转矩Temax启、制动，并限制了最大电流Ismax，保证了在允许条件下的快速性。转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速系统的静、动态性能接近转速、电流双闭环的直流电动机调速系统，是一个较好的控制策略。然而，他的性能还不能完全达到直流双闭环系统的水平。通过大作业我了解了关于异步电动机的调速系统知识，对异步电动机有了进一步了解。
