单片机控制的电机交流调速系统设计 - 图文(3)

单片机控制的电机交流调速系统设计

总结起来，转差频率控制的基本规律是：

（1）在Ws?Wsm转距基本上与WS成正比，条件是气隙磁通 ?mxa的范围内，恒定。

（2）定子电流I1和 Ws的关系符合图1或式子I0?I1规律，就能够保证气隙磁通 ?m恒定。

转差频率控制的变频调速系统实现上述转差频率控制的转速闭环变频调速结构原理图如图2所示，可以看出该系统具有以下特点：

（1）采用电流源变频器，使控制对象具有较好的动态响应，而且便于回馈制动，这是提高系统动态性能的基础。

（2）和直流电动机双闭环调速系统一样，外环是转速环，内环是电流环，

*转速调节器的输出是转差频率给定值UW，代表转距给定。 S1R2?Ws2L'l22R?W(L?Lm)'222s'l22 的

（3）转差频率Ws的控制作用分两路，分别作用在可控整流器和逆变器上。

**前者通过I1?f(Ws)函数发生器，按UW的大小产生相应的Ui1信号，再通过电流S调节器控制定子电流，以保持?m恒定，另一路按Ws?W?W1产生对于于定子频率W1的控制电压Uw1，决定逆变器的输出频率。

*

（4）转速给定信号Uw，Uw，UW1都反向，相序鉴别器判断UW1的极性以决s

定环形分配器的输出相序，而UW1信号本身则经过绝对值变换器决定输出频率的大小，这样就很方便的实现了异步电动机的可逆运行。 调速系统的工作原理

（1）起动过程 起动过程如图2所示。首先说明起动过程是一个恒定子电

*流，恒转差角频率起动的过程，转速给定信号Uw由电位器设定，作为转速调节

器的输入信号，在起动瞬间（对应于图中的A点电动机的转速）Ws?0，而测速发电机TG输出信号UW?0，

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图2 调速系统的工作原理图

*转速调节器的输入信号最大，其输出最大达到限幅值UWS而转速调节器的输出信

号送给了电流函数发生器，所以此时函数发生器的输出达到最大值，因而其输出

*也达到最大给定值Uilmax，接下去的电流调节环的速度比转速调节环的速度快得

多，可以认为，转速过度过程中实际定子电流I1始终跟踪了Ui*1，而在起动过程

**中由于电动机转速还没有达到给定值，转速调节器输出UWS不会从限幅值Uwsmax***退下来，转差频率给顶值一直保持Uws不变，也一直保持UUmaxi1i1max不变。所以

可以认为起动过程是一个恒定子电流，恒转差频率驱动过程。

由式子I0?I11R2?Ws2L'l22R?W(L?Lm)'222s'l22 可知，定子电流I1，转差频率Ws恒定，则

励磁电流I0也恒定，因此气隙磁通 ?m恒定。图三中，A点对应于起动瞬间，由于电动机的转速为0（W=0），所以按WS?W?W1产生的对应于顶子额定电流为

Ws?WS?W?W1，记为W11，如果逆变器输出频率保持W11不变，则电动机的工作点将沿着这条曲线达到B点，记此时的异步电动机的转速为W1B，假如控制系统此时对其进行采样，按WS?W?W1产生的定子频率W1为W1?WS?WB，由于电动机的转速不能突变，因此电动机的工作点移到了这条曲线上的C点。按以上的方法分析下去，可以知道异步电动机的工作点将沿着A?B?C?D?……移动，最终达到稳定工作点N。

以上分析中，控制系统对转速进行采样的时刻时间断的，如果控制采用连续

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系统方法，则电动机的转速变化将立即通过控制系统改变控制器的输出频率。这样，沿着A?B?C?D?……的连线将趋向于沿着A ?C ?E ?G……这条曲线，而这条曲线说明在异步电动机起动过程中，电磁转距保持不变，这一结论可以从上面的定子电流I1，转角频率Ws，气隙磁通?m恒定。 负载变化

图3 负载变化图

*负载变化如图3所示，负载变化时，若转速给定信号为UW，电动机工作点

为N，当负载变化从TL1增加为TL2时，电动机的转速W将逐渐降低，测速发电

*机输出信号UW减少，转速调节器Uws增大，按WS?W?W1产生的对应于定子频*率W1由于Uws增大而增大，控制电压UW1增大，决定了逆变器的输出频率增加，

电动机的机械特性曲线上移，最终电动机在新的工作点N'处稳定工作。 调速过程

**如果TL?TL1不改变，但转速给顶信号从UW速度调节器的输1增大到UW2时，**入为正值，其输出Uws将增大，按WS?W?W1产生的对应于定子频率W1，由于Uws增大而增大，控制电压UW1增大，决定了逆变器的输出频率增加，电动机的机械

**曲线上移，当Wws增大时，电动机的工作点将瞬间地从N1点转到W12对应的特性

曲线上的A点，在A点电磁转距Te?TL1，因而电动机将加速，转速上升，按

*增大而增大，逆变器的输出频率增WS?W?W1产生的对应于定子频率W1由于Wws- 13 -

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加，电动机的机械特性曲线上移，只要W?W1'，定子频率W1将不断增大，电动机的工作点将沿着图中的A到N2曲线运动，到了N2点时，电动机的转速W?W1'，电磁转距Te?TL1，电动机将在N2点上稳定运行，这就完成了电动机的加速过程。 电动机反转

**当转速给定信号反相时，速度调节器输出负限幅值，UWS??Uwsmax，按*变负而减小逆变器的输出频率降WS?W?W1产生的对应于定子频率W1由于Wws低，电动机的机械特性曲线下移，电动机以最大制动转距减少到零。当转速接近于零时，按WS?W?W1产生的对应的W1由正值变负时，通过相序鉴别器使环形分配器的相序改变，电动机实现反向运行。 近似动态结构

转差频率控制系统的动态性能虽比转速开环系统有较大提高，但是在采用经典线性控制理论和工程设计方法分析和设计，仍要作较大的近似处理。在建立转差频率控制系统的动态结构图时，仍做如下处理：

（1）忽略异步电动机的铁损。

（2）忽略异步电动机旋转电动势对系统动态过程的影响，或者说，忽略哦率和转速对电压控制系统的影响。

（3）认为组成系统的各环节的输入输出关系都是线性的。 （4）认为磁通?m在动态过程中保持不变。

参照转速开环的变频调速系统的动态结构图，可以画出转差控制系统的近似动态结构图，如图4所示：

图4 近似动态结构图

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以上就本次变频设计的控制方法规律等做了介绍，它就是本次设计的理论部分。

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