電力拖動總復習15-16-2

第一章復習思考題1.直流電機在穩(wěn)態(tài)時的機械特性表達式，從中可以得到直流電動機的有哪幾種調(diào)速方法，直流調(diào)速系統(tǒng)以哪種調(diào)速方法為主根據(jù)直流電機轉(zhuǎn)速方程

nUIR

Ke式中

—

轉(zhuǎn)速（r/min）；

—電樞電壓（V）；

—電樞電流（A）；

—電樞回路總電阻（

）；

—勵磁磁通（Wb）；

—

由電機結構決定的電動勢常數(shù)?！?-1〕由式〔1-1〕可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速：〔1〕調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；〔2〕減弱勵磁磁通；〔3〕改變電樞回路電阻R。自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)以調(diào)壓調(diào)速為主。2.直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源有哪幾種？其控制對象分別是什么旋轉(zhuǎn)變流機組——發(fā)電機的勵磁電流靜止式可控整流器——可控硅的控制角直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器——開關元件的導通比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖控制指令及給點量觸發(fā)裝置及整流平波電抗器直流電動機負載〔生產(chǎn)機械〕開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題重點理解：(1)D和S是相互聯(lián)系的,并不彼此孤立,因此必須同時提出要求才有實際意義。(2)設計時必須按最低轉(zhuǎn)速的靜差率進行設計(3)

nN

值一定，要求s值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。(4)要求s一定，要增加調(diào)速范圍D時，必須設法減小靜態(tài)速降

nN

例題1-1

某直流調(diào)速系統(tǒng)電動機額定轉(zhuǎn)速為1430r/min，額定速降

nN

=115r/min，當要求靜差率30%時，允許多大的調(diào)速范圍？要求30%時，調(diào)速范圍為

系統(tǒng)組成圖1-24

采用轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntg閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++-IdR-UnKs

閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構框圖圖1-25轉(zhuǎn)速負反響閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關系如果斷開反響回路，那么上述系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為(1-36)

而閉環(huán)時的靜特性可寫成

(1-37)

〔1〕閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多。在同樣的負載擾動下，兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為和它們的關系是

(1-38)

系統(tǒng)特性比較系統(tǒng)特性比較〔續(xù)〕〔2〕如果比較同一n0的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，那么閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為

和當n0op=n0cl時，〔1-39〕〔3〕當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。如果電動機的最高轉(zhuǎn)速都是nmax；而對最低速靜差率的要求相同，那么：開環(huán)時， 閉環(huán)時， 再考慮式〔1-38〕，得(1-40)

系統(tǒng)特性比較〔續(xù)〕系統(tǒng)特性比較〔續(xù)〕〔4〕要取得上述三項優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設置放大器。

上述三項優(yōu)點假設要有效，都取決于一點，即K要足夠大，因此必須設置放大器。反響控制規(guī)律

1.被調(diào)量有靜差因為閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為

只有K=

，才能使

ncl

=0，而這是不可能的。2.抵抗擾動,服從給定反響控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負反響環(huán)所包圍的前向通道上的擾動作用，但對給定作用的變化那么唯命是從。擾動——除給定信號外，作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會引起輸出量變化的因素都叫做“擾動作用〞。

擾動作用與影響圖1-27閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用

勵磁變化Id變化電源波動Kp變化電阻變化檢測誤差KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++--

R

抗擾能力反響控制系統(tǒng)對被反響環(huán)包圍的前向通道上的擾動都有抑制功能。例如：電網(wǎng)電壓下降波動的調(diào)節(jié)過程UsUd0nUnUn

nUd0Uc

抗擾能力反響控制系統(tǒng)對被反響環(huán)包圍的前向通道上的擾動都有抑制功能。例如：負載增加的調(diào)節(jié)過程IdnUnUn

nUd0Uc抗擾能力〔續(xù)〕但是，如果在反響通道上的測速反響系數(shù)受到某種影響而發(fā)生變化，它非但不能得到反響控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。例如：UnUnUcUd0n

因此，反響控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反響環(huán)包圍的前向通道上的擾動。在電機起制動過程和堵轉(zhuǎn)狀態(tài)必須參加圖1-31帶電流截止負反響的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)結構圖nKpKs

1/CeU*nUc?UnIdEUd0Un++--RRs-UcomId

Rs

-

Ucom-限流保護——電流截止負反響3.靜特性方程與特性曲線由圖1-31可寫出該系統(tǒng)兩段靜特性的方程式。當Id≤Idcr時，電流負反響被截止，靜特性和只有轉(zhuǎn)速負反響調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式〔1-35〕相同，現(xiàn)重寫于下 〔1-35〕當IdIdcr時，引入了電流負反響，靜特性變成

〔1-41〕中，令n=0，得 〔1-43〕一般KpKsRs>>R，因此〔1-44〕4.電流截止負反響環(huán)節(jié)參數(shù)設計Idbl應小于電機允許的最大電流，一般取Idbl=〔1.5~2〕IN從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運行范圍足夠大，截止電流應大于電機的額定電流，一般取Idcr≥〔1.1~1.2〕IN返回目錄在臨界截流點的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值Uw=IdcrRs反響控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件〔1-59〕式〔1-59〕右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)Kcr,當K≥Kcr時，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。對于一個自動控制系統(tǒng)來說，穩(wěn)定性是它能否正常工作的首要條件，是必須保證的。說明比例控制〔P〕和積分控制〔I〕的根本區(qū)別是什么？P調(diào)節(jié)器的對應輸入輸出成比例比例關系，輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，所以P調(diào)節(jié)器具有快速跟隨性，但有靜差；積分調(diào)節(jié)器的輸出包含了輸入偏差量的全部歷史，為輸入全過程的積分，只要輸入歷史上有過偏差量，輸出就會發(fā)生變化，所以I調(diào)節(jié)器能消除穩(wěn)態(tài)誤差，且有一定的滯后。

當負載轉(zhuǎn)矩由TL1突增到TL2時，有靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速n、偏差電壓

Un

和控制電壓Uc

的變化過程示于右圖。

圖1-44有靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負載過程

突加負載時的動態(tài)過程

無靜差調(diào)速系統(tǒng)圖1-46積分控制無靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負載時的動態(tài)過程

雖然現(xiàn)在

Un=0，只要歷史上有過

Un

，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運行所需要的控制電壓Uc。積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別就在于此。

TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+圖2-2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結構轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR—電流調(diào)節(jié)器TG—測速發(fā)電機TA—電流互感器UPE—電力電子變換器內(nèi)環(huán)外環(huán)1.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖圖2-4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖

—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù);

—電流反饋系數(shù)Ks

1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-R

ACR-UiUPE各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有以下關系(2-3)(2-5)

(2-4)

在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓U*n決定的；ASR的輸出量U*i是由負載電流IdL決定的；控制電壓Uc的大小那么同時取決于n和Id，或者說，同時取決于U*n和IdL。反響系數(shù)計算轉(zhuǎn)速反響系數(shù)電流反響系數(shù)(2-6)(2-7)

系統(tǒng)靜特性在正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會到達飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如下圖，圖2-5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

n0IdIdmIdnomOnABC雙閉環(huán)的系統(tǒng)動態(tài)結構圖2-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖

U*n

Uc-IdLnUd0Un+--

+-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E

起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的I、II、III三個階段。起動過程分析1.第I階段〔0～t1〕電流上升階段

1.突參加Un*后，兩個調(diào)節(jié)器作用，使Uct、Ud0、Id都上升。2.Id>IdL時，電機開始起動。3.因為電機的機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速變化不大。所以△Un數(shù)值較大，ASR很快到達限幅值，強迫電流以最大給定值跟隨。ASR飽和、ACR不飽和。2.第II階段〔t1～t2〕是恒流升速階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)開始：電流升到最大值結束：轉(zhuǎn)速到達額定值由于反電勢的影響，Uct、Ud0必須按比例增長。Uim*-Ui必須維持恒值⊿Ui≠0，ACR及時進行調(diào)節(jié)

N EIdmUi⊿UiUctUd0Id直到Id恢復Idm為止，在n不斷上升至n*過程中，這種調(diào)節(jié)過程也不斷進行。ASR飽和、ACR不飽和3.第Ⅲ階段〔t2以后〕是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)開始：轉(zhuǎn)速到達額定值結束：轉(zhuǎn)速到達額定值要經(jīng)過假設干階段的調(diào)節(jié)。ASR不飽和、ACR不飽和。

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsKsTss+1ACR

U*iUi--EId1.抗負載擾動±?IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗負載擾作用雙閉環(huán)動態(tài)抗擾性能的分析

抗擾能力例如：負載增加的調(diào)節(jié)過程Id〔T-Tl<0〕nUnUnUi

nIaUd0Uc抗電網(wǎng)電壓擾動〔續(xù)〕-IdL±?Udb)雙閉環(huán)系統(tǒng)△Ud—電網(wǎng)電壓波動在整流電壓上的反映

1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/RTls+1RTmsIdKsTss+1ACR

U*iUi--E

抗擾能力雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設了電流環(huán)，電壓波動可以通過電流得到比較及時的調(diào)節(jié)。例如：電網(wǎng)電壓突增波動的調(diào)節(jié)過程UsUd0IaUiUi

IaUd0Uc轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用(1)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，那么可實現(xiàn)無靜差。(2)對負載變化起抗擾作用。(3)

其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用(1)

作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓〔即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量〕變化。(2)

對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。(3)

在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。(4)

當電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。設計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)結構圖的簡化2.電流調(diào)節(jié)器結構的選擇3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算4.電流環(huán)近似條件的校驗5.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.1電流調(diào)節(jié)器的設計1.典型I型系統(tǒng)式中T—系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)；

K—系統(tǒng)的開環(huán)增益?！?-9〕電流調(diào)節(jié)器選擇圖2-23c說明，電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的，要校正成典型I型系統(tǒng)，顯然應采用PI型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成〔2-57〕式中Ki

—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；

i—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。KIs(Tis+1)Id

(s)+-校正后電流環(huán)的結構和特性

i

<5%KI

T

i=0.5校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件為：忽略反電動勢變換對電流環(huán)動態(tài)影響的條件為：小時間常數(shù)近似處理條件為2.典型Ⅱ型系統(tǒng)結構圖和傳遞函數(shù)

〔2-10〕設計分為以下幾個步驟：1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結構的選擇3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇4.轉(zhuǎn)速近似條件的校驗

5.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2.4.2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設計轉(zhuǎn)速環(huán)結構n

(s)+-U*n(s)

3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算

〔2-74〕再由式〔2-39〕〔2-75〕〔2-76〕因此

校驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率：電流閉環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為：小時間常數(shù)近似處理條件為斬波電路的有幾種控制方式根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同而劃分，斬波電路有三種控制方式：T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制〔PWM〕；ton不變，變T—脈沖頻率調(diào)制〔PFM〕；ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。泵升電壓的產(chǎn)生，對系統(tǒng)的影響及其抑制相應電路

在脈寬調(diào)速變換器中，當直流電源采用半導體整流裝置時，在回饋制動階段不可能通過它送回電網(wǎng)，只能向濾波電容充電，從而造成瞬間的電壓升高，叫做泵升電壓。如果回饋能量大，泵升電壓太高，將危及電力晶閘管和整流二極管，必須采取措施加以限制?？梢圆捎糜煞至麟娮韬烷_關管組成的泵升電壓限制電路。當濾波電容的端電壓超過規(guī)定的泵升電壓允許值時，開關管導通，接入分流電阻，把回饋能量的一局部分流電阻中。第四章什么是環(huán)流？根據(jù)產(chǎn)生原因的不同，靜態(tài)環(huán)流又分為哪兩類環(huán)流？配合制的可逆調(diào)速系統(tǒng)為什么又稱為有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)?抑制兩類環(huán)流分別采取什么措施？

〔1〕所謂環(huán)流是指，在采用兩組晶閘管的可逆調(diào)速系統(tǒng)中存在的，不流過電動機或其他負載，而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流。〔2〕靜態(tài)環(huán)流又可分為直流平均環(huán)流和瞬時脈動環(huán)流；〔3〕在配合制的可逆調(diào)速系統(tǒng)，其整流電壓和逆變平均電壓始終是相等的，因而沒有直流流平均環(huán)流，但晶閘管的輸出電壓是脈動的，即，整流電壓和逆變電壓的瞬時值并不相等，因此存在瞬時電壓差產(chǎn)生的瞬時環(huán)流?！?〕由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，不允許電流反向〔2〕晶閘管對過電壓、過電流以及過高的du/dt和di/dt都十分敏感〔3〕當系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)時，晶閘管的導通角很小，使系統(tǒng)的功率因素低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，形成“電力公害〞〔必須設置無功功率補償和濾波裝置〕請指出使用晶閘管整流器中的本卷須知邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中的無環(huán)流邏輯控制器DLC發(fā)出切換指令需要具備的兩個條件是什么？轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號Ui*改變極性；零電流檢測信號Ui0只有這兩個條件都具備了，再經(jīng)過必要的邏輯判斷后，才可以讓DLC發(fā)出切換命令正向制動過程分成了三個主要階段:本組逆變，它組整流和它組逆變制動過程的主要階段是什么?在此階段兩組可控硅的工作狀態(tài)如何？電機工作在什么狀態(tài)？制動過程的主要階段:它組逆變階段它組逆變，正組待整流。電機工作在回饋制動表4-1V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可逆線路的工作狀態(tài)

V-M系統(tǒng)的工作狀態(tài)正向運行正向制動反向運行反向制動電樞端電壓極性++－－電樞電流極性+－－+電機旋轉(zhuǎn)方向++－－電機運行狀態(tài)電動回饋發(fā)電電動回饋發(fā)電晶閘管工作的組別和狀態(tài)正組整流反組逆變反組整流正組逆變機械特性所在象限一二三四V-M系統(tǒng)的四象限運行按電動機的能量轉(zhuǎn)換類型分類交流電動機可分為幾類？每類的典型是什么？

轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速：調(diào)壓調(diào)速﹑繞線式轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速﹑電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速：串級調(diào)速轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速：變頻調(diào)速﹑變極調(diào)速異步電動機變壓調(diào)速----轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速

特點：異步電動機調(diào)壓調(diào)速帶恒轉(zhuǎn)矩負載工作時，普通籠型異步電機調(diào)速范圍較小。如果帶風機類負載運行，調(diào)速范圍可以大一些。為了能在恒轉(zhuǎn)矩負載下擴大調(diào)速范圍，并使電機能在較低轉(zhuǎn)速下運行而不致過熱，就要求電機轉(zhuǎn)子有較高的電阻值，這種電機又稱作交流力矩電機或高轉(zhuǎn)差電機

異步電動機機械特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN風機類負載特性恒轉(zhuǎn)矩負載特性圖5-4異步電動機不同電壓下的機械特性電機轉(zhuǎn)速控制實質(zhì)是對電機轉(zhuǎn)矩的控制必要條件：電動機的機械特性與負責特性必須有交點，即：Te=Tl充分條件：在交點的轉(zhuǎn)速以上存在Te<Tl,而在交點的轉(zhuǎn)速以以下存在Te>Tl電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件是什么指出變頻調(diào)速的根本控制方式并定性地畫出帶定子電壓補償?shù)碾妷侯l率配合控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)中定子電壓U1、主磁通Φ、頻率f1的關系曲線籠型異步電機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)〔VVVF系統(tǒng)〕——轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)在基頻以下，為了維持磁通不變，須按比例地同時控制電壓和頻率，低頻時還應抬高電壓以補償定子壓降。在在基頻以上，由于電壓無法再升高，只好僅提高頻率而迫使磁通減弱。在異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中基頻以下有幾種電壓、頻率協(xié)調(diào)控制方式及其特點？

不同控制方式下的機械特性

圖5-13異步電動機在不同控制方式下的機械特性a〕恒壓頻比控制b〕恒定子磁通控制c〕恒氣隙磁通控制d〕恒轉(zhuǎn)子磁通控制不同控制方式的比較恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性根本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。不同控制方式下的比較恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補償，控制要復雜一些。恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵電動機一樣的線性機械特性，性能最正確。脈寬調(diào)制SPWM方法以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制〔SinusoidalpulseWidthModulation，簡稱SPWM〕。SPWM控制變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，電流滯環(huán)跟蹤控制那么直接控制輸出電流在正弦波附近變化，電壓空間矢量PWM控制〞在電動機空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是：〔1〕在s≤sm的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩Te根本上與s成正比，條件是氣隙磁通不變?！?〕在不同的定子電流值時，按函數(shù)關系Us=f(1,Is)控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通m恒定。不同電機模型彼此等效的原那么是：在不同坐標下所產(chǎn)生的磁動勢完全一致。異步電動機矢量控制系統(tǒng)：按轉(zhuǎn)子磁鏈定向異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)：按定子磁鏈控制異步電動機矢量控制系統(tǒng)經(jīng)過的坐標變換以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準那么，在三相坐標系上的定子交流電流iA、iB、iC，通過三相/兩相變換可以等效成兩相靜止坐標系上的交流電流i、i，再通過同步旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的直流電流im和it。異步電動機矢量控制系統(tǒng)的根本思路從異步電動機的等效直流電機模型可看到，在M、T坐標系下，異步電動機的轉(zhuǎn)子磁鏈只與M軸上的定子電流的激磁分量有關，電磁轉(zhuǎn)矩那么與轉(zhuǎn)子磁鏈及T軸的定子電流轉(zhuǎn)矩分量有關。由于在M、T軸互相垂直，定子電流的激磁分量和定子電流的轉(zhuǎn)矩分量已經(jīng)解除了耦合關系而相互獨立，因此就可以像直流電動機一樣對兩個電流實現(xiàn)獨立的控制。在電機基頻以下調(diào)速時，只要使定子電流激磁分量為一恰當?shù)某?shù)，轉(zhuǎn)子磁鏈將保持額定值不變，即控制定子電流的勵磁分量使轉(zhuǎn)子磁鏈恒定，這時通過對定子電流轉(zhuǎn)矩分量的控制就能控制電機的輸出轉(zhuǎn)矩，從而到達調(diào)速的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較DTC系統(tǒng)和VC系統(tǒng)都是已獲實際應用的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)。兩者都采用轉(zhuǎn)矩〔轉(zhuǎn)速〕和磁鏈分別控制，這是符合異步電動機動態(tài)數(shù)學模型的需要的。但兩者在控制性能上卻各有千秋。

矢量控制系統(tǒng)特點VC系統(tǒng)強調(diào)Te與Ψr的解耦，有利于分別設計轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍；但按Ψr定向受電動機轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。表6-1直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)特點與性能比較性能與特點直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)磁鏈控制定子磁鏈轉(zhuǎn)子磁鏈轉(zhuǎn)矩控制砰-砰控制，有轉(zhuǎn)矩脈動連續(xù)控制，比較平滑坐標變換靜止坐標變換，較簡單旋轉(zhuǎn)坐標變換，較復雜轉(zhuǎn)子參數(shù)變化影響無[注]有調(diào)速范圍不夠?qū)挶容^寬1.電機在次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行運行工況：電機在第一象限作電動運行，轉(zhuǎn)差率為0<s<1

從定子側輸入功率，軸上輸出機械功率,轉(zhuǎn)差功率除轉(zhuǎn)子損耗后饋送電網(wǎng)繞線轉(zhuǎn)子異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)

功率流程snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001n1a）次同步速電動狀態(tài)

~

運行工況

電機工作第二象限作發(fā)電制動,0<S<1

電機定子側輸出到電網(wǎng)功率，由負載機械功率和轉(zhuǎn)子從電網(wǎng)獲取的功率合成5.電機在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行

功率流程e）次同步速回饋制動狀態(tài)

Pm-TeCU電氣串級調(diào)速系統(tǒng)方案

采用工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝置作為產(chǎn)生附加直流電動勢的電源，這就形成了圖7-4a中所示的功率變換單元CU2。

TICU2CU1sEr0~M3~串級調(diào)速的工作原理調(diào)速原理：通過改變

角的大小調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。調(diào)速過程：

UiId

K1sEr0n

Te

Te=TL

Id

其中，n0min是調(diào)速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速，對應于最大理想空載轉(zhuǎn)差率s0max，由式〔7-7〕可得〔7-31〕

調(diào)速范圍越大時，s0max也越大，整流器和逆變器所承受的電壓越高。

逆變變壓器的容量

逆變變壓器的二次側相電壓〔7-32〕〔7-33〕逆變變壓器的容量計算

隨著系統(tǒng)調(diào)速范圍的增大，逆變變壓器和整個串級調(diào)速裝置的容量都增大。串級調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點：功率因素較低串級裝置的容量隨著調(diào)速范圍的增大而增大1、某直流調(diào)速，測得最高轉(zhuǎn)速特性為最低轉(zhuǎn)速特性為，帶額定負載時的速度降落為且在不同轉(zhuǎn)速下，不變。試問系統(tǒng)能到達的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率為多大？計算系統(tǒng)能到達的調(diào)速范圍為

系統(tǒng)