异步电动机变频调速控制方式PPT课件
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变频调速的基本控制方式ppt课件
28
机械特性曲线
n
可见，当频率ω1提高 时，同步转速n1随之提 n1c 高，最大转矩减小，机 n1b
械特性上移；转速降落 n1a
1c 1b 1a
随频率的提高而增大， n1N 1N
1N <1a <1b <1c 恒功率调速
特性斜率稍变大，其它
形状基本相似。如右图
所示。
2024/7/16
O Te
图6-5 基频以上恒压变频调速的机械特性29
2024/7/16
22
结论
➢在恒压频比的条件下改变频率 1 时，机械特性基本上是
平行下移 ➢当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来 了。而且频率越低时最大转矩值越小
➢最大转矩 Temax 是随着的 1 降低而减小的。频率很
低时，Temax太小将限制电机的带载能力，采用定子压 降补偿，适当地提高电压Us，可以增强带载能力
（U漏—漏磁阻抗压降；Us—每相电压），
当Us很大时，U漏很小；可以认为Us≈Eg 。
m
US f1
C
要改变f1实现调速，则同时应改变Us来保持Φm不变。
—恒压频比控制方式
2024/7/16
12
带定子压降补偿的恒压频比控制特性
但当f1太小时，忽略U漏则误差较大，这时可以人为增 大Us进行补偿，以减小误差。
2024/7/16
30
小结
电压Us与频率1是变频器—异步电动机调速系统的两个独立
的控制变量，在变频调速时需要对这两个控制变量进行协调 控制。 在基频以下，有两种协调控制方式。采用不同的协调控制方 式，得到的系统稳态性能不同。 在基频以上，采用保持电压不变的恒功率弱磁调速方法。
2024/7/16
异步电动机变频调速控制系统
主电路（续）
泵升限制电路——由于二极管整流器不能为 异步电机的再生制动提供反向电流的通路，所 以除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸 收制动能量。减速制动时，异步电机进入发电 状态，首先通过逆变器的续流二极管向电容C 充电，当中间直流回路的电压（通称泵升电压） 升高到一定的限制值时，通过泵升限制电路使 开关器件导通，将电机释放的动能消耗在制动 电阻上。为了便于散热，制动电阻器常作为附
所谓“通用”，包含着两方面的含义： （1）可以和通用的笼型异步电机配套使用； （2）具有多种可供选择的功能，适用于各种
不同性质的负载。
下页图绘出了一种典型的数字控制通用变 频器-异步电动机调速系统原理图。
1. 系统组成
K
UR
RR00
RR11
RRbb
UI
~
M 3~
RR22
VTb
显示
单
设定
片
机
接口
件单独装在变频器机箱外边。
二极管整流电流波形具有较大的谐波分 量，使电源受到污染。
为了抑制谐波电流，对于容量较大的 PWM变频器，都应在输入端设有进线电抗 器，有时也可以在整流器和电容器之间串 接直流电抗器。还可用来抑制电源电压不 平衡对变频器的影响。
电路分析（续）
控制电路——现代PWM变频器的控制电路 大都是以微处理器为核心的数字电路，其 功能主要是接受各种设定信息和指令，再 根据它们的要求形成驱动逆变器工作的 PWM信号，再根据它们的要求形成驱动逆 变器工作的PWM信号。微机芯片主要采用 8位或16位的单片机，或用32位的DSP，现 在已有应用RISC的产品出现。
控制电路（续）
信号设定——需要设定的控制信息主要有：U/f 特性、工作频率、频率升高时间、频率下降时间 等，还可以有一系列特殊功能的设定。由于通用 变频器-异步电动机系统是转速或频率开环、恒 压频比控制系统，低频时，或负载的性质和大小 不同时，都得靠改变 U / f 函数发生器的特性来补 偿，使系统达到恒定，甚至恒定的功能（见第 6.2.2节），在通用产品中称作“电压补偿”或 “转矩补偿”。
三相异步电动机的启动调速反转与制动一PPT课件
6
（2）Y-Δ降压启动
适用范围： 正常运行时定子绕组为三角形连接。
优点： 启动电流为全压启动时的1／3。
缺点：
TstY
1 3 TSt
不适合高启动转矩场合，适合空载或轻载启动
A
L1 L2 L3
UP' Z X
启 正常
QS1 FU
CY
B 动 运行
UP Z A
C
X
YB
U1 V W1
1
U2 V2 W2
Δ运行时，首尾相接构成闭环
回馈制动常用于高速且要求匀速下放重物的场合，另外在变极或变频调速过 程中，也会产生回馈制动。
16
•4
1、全压启动（直接启动）
全压启动是将电动机直接接到额定电压上的启动方式，又叫直 接启动。 优点：设备简单，操作方便，启动时间短。 缺点：启动电流较大，将使线路电压下降，影 响负载正常工作。
适用范围：电动机容量在10kW以下
5
2、降压启动
（1）定子串电阻启动
缺点：
外接启动电阻上有较大的功率损耗，经 济性较差。
——三相异步电动机的启动、 调速、反转与制动
1
三相异步电动机的启动、调速、反转与制动 能力目标：
1、能根据交流电动机的类型和使用场合，分析交流电动机 的启动、调速和制动
知识目标：
1、了解交流电机的结构，熟悉交流电机的工作原理 2、掌握交流电机的启动、调速与制动
任务一、认识交流异步电动机 任务二、三相异步电动机的启动、调速、反转与制动
流电通入两相绕组，产生固定不动的磁场n0。
电动机由于惯性仍在运转。
n1 0 N
转子导体切割固定磁场感应电流，载 流导体受到与转子惯性方向相反的电
三相异步电动机电气控制课件PPT45页
1、反接制动控制线路
2、能耗制动控制线路 (3) 异步电动机调速控制系统
1、双速电动机控制线路 2、变频调速系统 (4)电动机的保护环节
2021/91/1、5 短路保护 2、过载保护 3、过电流保护
1
任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
全压启动
2021/9/15
2
任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
三相异步电动机几种典型电气控制
(1)三相异步电动机的起动控制线路
全压启动
1．点动控制线路 2．长动控制线路 3．两地控制线路
降压启动
1.丫-△降压起动控制线路
2.串电阻(电抗器)降压起动控制线路
3.定子串自耦变压器降压启动
正反转控制 (2)三相异步电动机的制动控制线路
2021/9/15
25
任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
2、自动往返控制
SQ 2
SQ 1
(a) 往 返 运 动 图
FR
SB 1
SB 3
KM 1
SQ 1
KM 2 KM 1 SQ 2
SQ 2 SB 2
KM 1 KM 2
KM 2
SQ 1
2021/9/15
(b )
自动往返控制电路
按下正向起动按钮SB1，电动机 正向起动运行，带动工作台向前运 动。当运行到SQ2位置时，挡块压下 SQ2，接触器KMl断电释放，KM2通电 吸合，电动机反向起动运行，使工 作台后退。工作台退到SQl位置时， 挡块压下SQl，KM2断电释放，KM1通 电吸合，电动机又正向起动运行， 工作台又向前进，如此一直循环下 去，直到需要停止时按下SB3，KMl 和KM2线圈同时断电释放，电动机脱 离电源停止转动。
2、能耗制动控制线路 (3) 异步电动机调速控制系统
1、双速电动机控制线路 2、变频调速系统 (4)电动机的保护环节
2021/91/1、5 短路保护 2、过载保护 3、过电流保护
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任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
全压启动
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任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
三相异步电动机几种典型电气控制
(1)三相异步电动机的起动控制线路
全压启动
1．点动控制线路 2．长动控制线路 3．两地控制线路
降压启动
1.丫-△降压起动控制线路
2.串电阻(电抗器)降压起动控制线路
3.定子串自耦变压器降压启动
正反转控制 (2)三相异步电动机的制动控制线路
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任三务相3 异机步床电控制动线机路电的气基控本环制节
2、自动往返控制
SQ 2
SQ 1
(a) 往 返 运 动 图
FR
SB 1
SB 3
KM 1
SQ 1
KM 2 KM 1 SQ 2
SQ 2 SB 2
KM 1 KM 2
KM 2
SQ 1
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(b )
自动往返控制电路
按下正向起动按钮SB1，电动机 正向起动运行，带动工作台向前运 动。当运行到SQ2位置时，挡块压下 SQ2，接触器KMl断电释放，KM2通电 吸合，电动机反向起动运行，使工 作台后退。工作台退到SQl位置时， 挡块压下SQl，KM2断电释放，KM1通 电吸合，电动机又正向起动运行， 工作台又向前进，如此一直循环下 去，直到需要停止时按下SB3，KMl 和KM2线圈同时断电释放，电动机脱 离电源停止转动。
第3章 异步电动机变压变频调速3.1-3.2.3
a--无补偿 b--带定子电压补偿
图3-1 恒压频比控制特性
2.基频以上调速
在基频以上调速时，频率从f1N向上升高， 受到电机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定 子电压不能随之升高，最多只能保持额定 电压不变。 这将导致磁通与频率成反比地降低，使得 异步电动机工作在弱磁状态。
Us Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
/ 1 常值
(R j L )I E U s s 1 ls 1 g
要维持 Eg/1 为恒定，除了补偿定子电阻 压降外，还应补偿定子漏抗压降。
恒气隙磁通控制
转子电流
I r'
Rr'
Eg 2 2 ' 1 Llr s
E
2 g 2
2
第3章 异步电动机变压变频调速
3.1变压变频调速的基本原理、机械特性 及电压补偿控制 3.2电力电子变压变频器 3.3转速开环变压变频调速系统 3.4转速闭环转差频率控制的变压变频调 速系统
3.1变压变频调速的基本原理、 机械特性 及电压补偿控制
变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一 种调速方法，同步转速随频率而变化
T 常数
2 e 2 1
转差功率基本不变。
变压变频调速时的机械特性
图3-3异步电动机变压变频调速机械特性
变压变频调速
在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转 矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式。 在基频以上，转速升高时磁通减小，允许 输出转矩也随之降低，由于转速上升，允 许输出功率基本恒定，属于“近似的恒功 率调速”方式。
3npU s2 Rr' s
Us s1 Rr' Te 3n p ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 s r 1 ls lr 1
第5章 异步电动机恒压频比(VF)控制
f1
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
FBC
FBU
图5-12 恒压频比控制转速开环电流型变频调速系统
当转速给定为负值时，给定积分GI的输出为负极性，经 逻辑开关DLS检测后，控制环形分配器DRC输出逆相序， 。 当突然降低速度给定n*，由于机械惯性转子速度不会立即 变化，异步电机工作在发电制动状态，逆变桥工作在整流状态， 整流桥工作在有源逆变状态。这时的功率关系为：异步电机将 降速过程释放出来的动能转换成交流电功率，经原逆变桥转换 为直流电功率，再经原整流桥有源逆变回馈电网。 本系统能 。使逆变器不同桥臂上的两 只晶闸管同时导通，通过定子绕组流过直流，在气隙中 形成不旋转的磁场；转子绕组依惯性继续转动，在转子 中感应电势，形成电流，转子电流与气隙磁场相互作用 产生制动转矩。最后动能全部变为热能耗散掉。
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-11 脉冲输出级原理电路
6.电压调节器AVR和电流调节器ACR的参数整定
在第四章中已经知道异步电动机的数学模型具有 多变量、非线性、强耦合的特点，比直流电动机的单 输入、单输出的线性特性复杂得多。只有使用微偏线 性化的方法并忽略旋转电动势对动态的影响，才可以 得到线性解耦的动态传递函数和系统结构图，并在此 基础上设计调节器。 其结果只适用于工作点附近稳定性的判别， 不适用大范围动态指标的计算 。 调节器参数的整定可以参考本章第七小节异步 电动机的小信号模型或第九章介绍的调节器整定 的试凑法。
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
FBC
FBU
图5-12 恒压频比控制转速开环电流型变频调速系统
当转速给定为负值时，给定积分GI的输出为负极性，经 逻辑开关DLS检测后，控制环形分配器DRC输出逆相序， 。 当突然降低速度给定n*，由于机械惯性转子速度不会立即 变化，异步电机工作在发电制动状态，逆变桥工作在整流状态， 整流桥工作在有源逆变状态。这时的功率关系为：异步电机将 降速过程释放出来的动能转换成交流电功率，经原逆变桥转换 为直流电功率，再经原整流桥有源逆变回馈电网。 本系统能 。使逆变器不同桥臂上的两 只晶闸管同时导通，通过定子绕组流过直流，在气隙中 形成不旋转的磁场；转子绕组依惯性继续转动，在转子 中感应电势，形成电流，转子电流与气隙磁场相互作用 产生制动转矩。最后动能全部变为热能耗散掉。
5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-11 脉冲输出级原理电路
6.电压调节器AVR和电流调节器ACR的参数整定
在第四章中已经知道异步电动机的数学模型具有 多变量、非线性、强耦合的特点，比直流电动机的单 输入、单输出的线性特性复杂得多。只有使用微偏线 性化的方法并忽略旋转电动势对动态的影响，才可以 得到线性解耦的动态传递函数和系统结构图，并在此 基础上设计调节器。 其结果只适用于工作点附近稳定性的判别， 不适用大范围动态指标的计算 。 调节器参数的整定可以参考本章第七小节异步 电动机的小信号模型或第九章介绍的调节器整定 的试凑法。
异步电动机的调速PPT课件
1〕理想空载点，其特点是：
2〕额定工作点，其特点是：
3〕起开工作点，其特点是：
4〕临界工作点，其特点是： 且最大转矩为 临界转差率为
式中“＋〞号适用于电动机状态；式中“－〞号适用于发电机状态。
〔2〕人为机械特性： 降低定子回路端的人为机械特性； 定子回路串接三相对称电抗或电阻时的人为机械特性； 转子回路串接三相对称电阻时的人为机械特性； 改变定子电源频率的人为机械特性〔变频原理〕
4. 三相异步电动机的制动
〔1〕能耗制动：其特点是在定子两相绕组上加上直流电压或电 流，产生制动转矩，使电机停车，机械特性由第一象限转为 第二象限。
〔2〕反接制动：分为定子两相反接的反接制动和倒拉反接制动 两种。其特点是n1 与n反向，假设是定子电流反接制动〔产 生对抗性转矩〕，那么T 与TL同向，机械特性由第一象限转 为第二象限，使电机迅速停车〔当n ＝0时要及时拉开电源， 否那么反转〕；假设是倒拉反接制动〔产生对抗性转矩〕， 那么T 与TL仍反向，机械特性由第一象限转为第四象限，电 机反转使重物匀速下降。
绕组过热而损坏电m机，这是不允许的。因此，降低电源频率f1时，必须同时降
低电源电压，以到达控制磁通 的目的。对此，需要考虑基频〔额定频率〕 以下的调速和基频以上调速两种情况。
m
10.4.1 基频以下变频调速
为要使保持 m不变，随频率变化，电动势也将随之按
正比例变化，即
E1 f1
4.44N1KN1m
3.三相异步电动机的起动
〔1〕直接起动：只有在电网或供电变压器容量允许的前提 下才能采用。一般用于容量小于7.5kw 的鼠笼式异步电动 机的直接起动。
〔2〕鼠笼式异步电动机的降压起动：如定子回路串接电抗 或电阻，ㄚ－Δ，自耦变压器，。
2〕额定工作点，其特点是：
3〕起开工作点，其特点是：
4〕临界工作点，其特点是： 且最大转矩为 临界转差率为
式中“＋〞号适用于电动机状态；式中“－〞号适用于发电机状态。
〔2〕人为机械特性： 降低定子回路端的人为机械特性； 定子回路串接三相对称电抗或电阻时的人为机械特性； 转子回路串接三相对称电阻时的人为机械特性； 改变定子电源频率的人为机械特性〔变频原理〕
4. 三相异步电动机的制动
〔1〕能耗制动：其特点是在定子两相绕组上加上直流电压或电 流，产生制动转矩，使电机停车，机械特性由第一象限转为 第二象限。
〔2〕反接制动：分为定子两相反接的反接制动和倒拉反接制动 两种。其特点是n1 与n反向，假设是定子电流反接制动〔产 生对抗性转矩〕，那么T 与TL同向，机械特性由第一象限转 为第二象限，使电机迅速停车〔当n ＝0时要及时拉开电源， 否那么反转〕；假设是倒拉反接制动〔产生对抗性转矩〕， 那么T 与TL仍反向，机械特性由第一象限转为第四象限，电 机反转使重物匀速下降。
绕组过热而损坏电m机，这是不允许的。因此，降低电源频率f1时，必须同时降
低电源电压，以到达控制磁通 的目的。对此，需要考虑基频〔额定频率〕 以下的调速和基频以上调速两种情况。
m
10.4.1 基频以下变频调速
为要使保持 m不变，随频率变化，电动势也将随之按
正比例变化，即
E1 f1
4.44N1KN1m
3.三相异步电动机的起动
〔1〕直接起动：只有在电网或供电变压器容量允许的前提 下才能采用。一般用于容量小于7.5kw 的鼠笼式异步电动 机的直接起动。
〔2〕鼠笼式异步电动机的降压起动：如定子回路串接电抗 或电阻，ㄚ－Δ，自耦变压器，。
5.3 异步电动机的变压变频调速解析
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5.3.2 变压变频调速时的机械特性 式（5-5）已给出异步电机在恒压恒频正弦 波供电时的机械特性方程式 Te= f (s)。 当采 用恒压频比控制时，可以改写成如下形式：
Us s1 Rr' Te 3np ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 （5-28） s r 1 ls lr 1
对于直流电机，励磁系统是独立的，只要 对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变 是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转 子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要 费一些周折了。
• 定子每相电动势
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
（5-11）
式中：Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有 效值，单位为V； f1 —定子频率，单位为Hz；
2
• 特性分析 当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
U s s1 Te 3np R' s r 1
2
（5-29）
s1
Rr'Te Us 3n p 1
2
10 R T 60 n sn1 s1 2 n p n
阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能
忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一
些，以便近似地补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示
于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us
UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
图5-9 恒压频比控制特性
2
Eg R s1 Rr' 3np R '2 s 2 2 L'2 s 1 lr 1 r
5.3.2 变压变频调速时的机械特性 式（5-5）已给出异步电机在恒压恒频正弦 波供电时的机械特性方程式 Te= f (s)。 当采 用恒压频比控制时，可以改写成如下形式：
Us s1 Rr' Te 3np ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 （5-28） s r 1 ls lr 1
对于直流电机，励磁系统是独立的，只要 对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变 是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转 子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要 费一些周折了。
• 定子每相电动势
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
（5-11）
式中：Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有 效值，单位为V； f1 —定子频率，单位为Hz；
2
• 特性分析 当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
U s s1 Te 3np R' s r 1
2
（5-29）
s1
Rr'Te Us 3n p 1
2
10 R T 60 n sn1 s1 2 n p n
阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能
忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一
些，以便近似地补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示
于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us
UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
图5-9 恒压频比控制特性
2
Eg R s1 Rr' 3np R '2 s 2 2 L'2 s 1 lr 1 r
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低速时的带负载能力。为避免这种情况，可适当提高调压比ku(U1= kuU1n)， 使调压比ku大于调频比kf ( f1=kf f1n )，即相对提高U1的值使得E1的值增加， 从而保证E1/f1=常数，最终使电动机的最大转矩得到补偿。由于这种方法是
通过提高U1/f1比值使Tm得到补偿的，因此这种方法被称为电压补偿，也称转 矩提升。
1) 限制转差角频率的最大值ωsm ；
2) 保持主磁通m恒定。
控制转差角频率ωs ，就能实现电磁转矩与转差频率成比例的近似线性控制。
2020年5月30日星期六 .
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15
7.2.2 转差频率控制的转速闭环变频调速系统
第7 章
图7-7 转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图
若在额定频率以上调频时，U1就不能跟着上调了，因为电机定子绕组 上的电压不允许超过额定电压，即必须保持U1=U1n不变，额定频率以上进行 调频属弱磁调速。
2020年5月30日星期六 .
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4
7.1.2 恒U/f控制方式下电机的机械特性
如调节f1使f1=αff1n , 同时相应调节U1，使U1= αf U1n，则
第7 章
（7-3）
设在额定频率f1n时，定、转子漏电抗为xn = x x' + 1n ,2n 则有
（7-4）
2020年5月30日星期六 .
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5
第7 章
图7-1 U1/f1 = 常数控制方式下的机械特性曲线
这族曲线具有如下两个特点：
1）在忽略r1情况下，机械特性曲线族之间近似平行。
2020年5月30日星期六 .
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13
第7 章
（7-6） （7-7）
定义ωs=sω1为转差角频率，则有
（7-8） （7-9）
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第7 章
（7-10）
（7-11）
基于上述推导，获得转差频率控制的基本思想是：只要在控制过程中，保 证：
极磁通量m为额定值不变。如果磁通太弱，不能充分利用电机的铁心，会
造成浪费；而如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电 流，严重时会因绕组过热而损坏电机。
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定子每相电动势 ： 电机定子电动势平衡方程式：
第7 章
（7-1） （7-2）
20世纪70年代初德国学者Blaschkle等人首先提出矢量控制变换 实现了这种控制思想。矢量控制成功解决了交流电动机电磁转矩的 有效控制，使异步电动机可以像他励直流电动机那样控制，从而实 现交流电机高性能控制，故矢量控制又称解耦控制或矢量变换控制。 它可以应用于异步电机和同步电机传动系统。
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第7 章
7.3 矢量控制
7.3.1 矢量控制简介
众所周知，直流电动机双闭环调速系统具有优良的动、静态调 速特性，其根本原因在于作为控制对象的他励直流电动机的电磁转 矩能够容易地进行控制。那么，作为变频调速的控制对象——交流 电动机是否可以模仿直流电动机转矩控制规律而加以实现呢？
第7 章
第7章 异步电动机变频调速控制方 式
7.1 U/f控制 7.2 转差频率控制
7.3 矢量控制 7.4 直接转矩控制
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第7 章
7.1 U/f控制
7.1.1 恒U/f控制
在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每
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第7 章
图7-4 电压补偿后电机全频范围内机械特性曲线
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第7 章
图7-5 典型的数字控制通用变频器-异步电动机调速系统原理图
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第7 章
7.2 转差频率控制
7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。
转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
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第7 章
7.2 转差频率控制
7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。
转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
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第7 章
为了保持磁通保持不变，在频率下调时，须使E1/f1=常数，但由于E1是
定子反电动势，无法直接进行检测和控制，而U1可以方便地检测和控制，因 此，在额定频率以下调频，即f1<f1n调频时，同时下调加在定子绕组上的电
压，即U/f控制方式，如果使U1/f1=常数，称恒U/f控制。
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第7 章
图7-2 电压补偿后，额定频率以下电机机械特性曲线
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第7 章
图7-3 变频器的U/f控制曲线
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2）当转速较高时，最大拖动转矩近似不变。 3）转速较低的情况下，Tm将明显下降。
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第7 章
7.1.3 对额定频率f1n以下变频调速特性的修正
在恒U/f控制方式下，由于E1在U1中的比重随f1下降而减小，从而造成在 低频低速时主磁通和电磁转矩Tm下降较多。Tm大幅减小，严重影响电机在
通过提高U1/f1比值使Tm得到补偿的，因此这种方法被称为电压补偿，也称转 矩提升。
1) 限制转差角频率的最大值ωsm ；
2) 保持主磁通m恒定。
控制转差角频率ωs ，就能实现电磁转矩与转差频率成比例的近似线性控制。
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7.2.2 转差频率控制的转速闭环变频调速系统
第7 章
图7-7 转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图
若在额定频率以上调频时，U1就不能跟着上调了，因为电机定子绕组 上的电压不允许超过额定电压，即必须保持U1=U1n不变，额定频率以上进行 调频属弱磁调速。
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7.1.2 恒U/f控制方式下电机的机械特性
如调节f1使f1=αff1n , 同时相应调节U1，使U1= αf U1n，则
第7 章
（7-3）
设在额定频率f1n时，定、转子漏电抗为xn = x x' + 1n ,2n 则有
（7-4）
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第7 章
图7-1 U1/f1 = 常数控制方式下的机械特性曲线
这族曲线具有如下两个特点：
1）在忽略r1情况下，机械特性曲线族之间近似平行。
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第7 章
（7-6） （7-7）
定义ωs=sω1为转差角频率，则有
（7-8） （7-9）
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（7-10）
（7-11）
基于上述推导，获得转差频率控制的基本思想是：只要在控制过程中，保 证：
极磁通量m为额定值不变。如果磁通太弱，不能充分利用电机的铁心，会
造成浪费；而如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电 流，严重时会因绕组过热而损坏电机。
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定子每相电动势 ： 电机定子电动势平衡方程式：
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（7-1） （7-2）
20世纪70年代初德国学者Blaschkle等人首先提出矢量控制变换 实现了这种控制思想。矢量控制成功解决了交流电动机电磁转矩的 有效控制，使异步电动机可以像他励直流电动机那样控制，从而实 现交流电机高性能控制，故矢量控制又称解耦控制或矢量变换控制。 它可以应用于异步电机和同步电机传动系统。
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7.3 矢量控制
7.3.1 矢量控制简介
众所周知，直流电动机双闭环调速系统具有优良的动、静态调 速特性，其根本原因在于作为控制对象的他励直流电动机的电磁转 矩能够容易地进行控制。那么，作为变频调速的控制对象——交流 电动机是否可以模仿直流电动机转矩控制规律而加以实现呢？
第7 章
第7章 异步电动机变频调速控制方 式
7.1 U/f控制 7.2 转差频率控制
7.3 矢量控制 7.4 直接转矩控制
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7.1 U/f控制
7.1.1 恒U/f控制
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第7 章
7.2 转差频率控制
7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。
转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
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7.2.1 转差频率控制的基本思想
转速开环变频调速系统虽然可以满足平滑调速的要求，但改变 的是同步转速，调速精度比较低，系统静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能需要进行转速闭环控制。
转差频率控制是在闭环运算中力图维持磁通恒定来实现电磁转 矩和转差频率近似线性，通过控制转差频率从而实现电磁转矩线性 可控的一种闭环控制方法。
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第7 章
为了保持磁通保持不变，在频率下调时，须使E1/f1=常数，但由于E1是
定子反电动势，无法直接进行检测和控制，而U1可以方便地检测和控制，因 此，在额定频率以下调频，即f1<f1n调频时，同时下调加在定子绕组上的电
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图7-2 电压补偿后，额定频率以下电机机械特性曲线
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第7 章
图7-3 变频器的U/f控制曲线
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第7 章
7.1.3 对额定频率f1n以下变频调速特性的修正
在恒U/f控制方式下，由于E1在U1中的比重随f1下降而减小，从而造成在 低频低速时主磁通和电磁转矩Tm下降较多。Tm大幅减小，严重影响电机在