VVVF调速系统
VVVF技术在城市轨道交通车辆中的应用
最新发展的交流牵引电动机采用变频变压控制（VVVF）的调速方式，它使用逆变器将直流换成为交流，以电压和频率的变化来控制交流电机的调速系统已被公认为在调速性能和节能上是最为先进的调速方式，它与交流电机配合，无换向部分，运行可靠，过载能力强，结构简单，重量轻，几乎不须维修，现已在德国、日本等国已经得到了应用。它也是今后城市轨道交通车辆发展的趋势。
VVVF变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动平滑调速要求，已在生产的各个领域得到了广泛应用。但是，在代应时这种控制方式，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，因此人们又研究出矢量控制变频调速技术。
（3）直－交变频技术（即逆变技术）
在电子学中，振荡器利用电子放大器件将直流电变成不同频率的交流电甚至电磁波，又称为振荡技术。在变频技术中，逆变器则利用功率开关将直流电变成不同频率的交流电又称为逆变技术。
(4）交－交变频技术（即移相技术）
异步电机VF调速轻载不稳定解决方法
异步电机使用V/F调速轻载不稳定解决方法摘要：针对异步电机V/F控制在空载及轻载状态出现的电流振荡现象，分析得出振荡原因在于定子无功电流分量振荡造成的电机定子磁链及电磁转矩振荡。
对定子无功电流分量进行振荡抑制，电流和转速得以稳定。
该方法在通用变频调速装置上仅由软件实现，不需要额外的硬件成本。
实验结果验证所述方法的有效性。
关键词：异步电机；V/F控制；振荡抑制0 引言随着电力电子技术的不断发展，交流调速技术的应用越来越广泛。
异步电机变频调速控制方法可分为：电压频比(V/F)控制方式、转差频率控制方式、矢量控制方式和直接转矩控制方式。
矢量控制的控制精度较高，能够与直流调速系统性能相媲美，因此，一直受到广泛的关注，也是异步电机控制技术研究的主要方向。
但是，矢量控制技术实现比较复杂，严重依赖电机参数，且通常需要速度传感器。
与矢量控制变频调速控制技术相比，通用变频调速技术精度相对较差，但具有不依赖电机参数，不需要速度传感器，控制方法简单、容易实现等优点。
因此，在工程实际中，通用变频调速系统得到了广泛应用，目前大部分的变频调速系统都采用这样一种模式，尤其在风机、水泵等调速性能要求不高的应用场合。
如果能对其部分性能进行改善，将使其得到更广泛的应用。
本文对异步电机V/F控制空载或轻载振荡现象进行研究，对定子无功电流分量进行振荡抑制，提高了V/F调速系统的稳定性，实验结果验证所述方法的有效性。
1 V/F调速轻载振荡分析交流电机在PWM方式供电的条件下，电机轻载或者空载的时候电机存在一个比较宽的频率段，系统会出现局部不稳定现象，这时电流幅值波动很大，输出频率也会有一定改变，电流的振荡有可能会导致系统因为过电流而误触发报警，使系统不能稳定可靠的工作。
引起振荡的原因很多，如定子电阻、转子惯量、死区时间、系统共振频率等，比较普遍的观点是电机和变频器在能量交换过程中引起的。
对死区效应进行补偿后可以有效的减少振荡的幅度，但不能从根本上抑制振荡。
《交流调速系统》课后习题答案
《交流调速系统》课后习题答案第 5 章 闭环控制的异步电动机变压调速系统5-1 异步电动机从定子传入转子的电磁功率m P 中，有一部分是与转差成正比的转差功率s P ，根据对s P 处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。
答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统 效率高低的标志。
从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类 。
1）转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速都属于这一类。
在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。
可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。
2）转差功率馈送型调速系统：在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通 过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速属于这一类。
无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成 有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。
3）转差功率不变型调速系统：在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。
其中变极对数 调速是有级的，应用场合有限。
只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。
5-2 有一台三相四极异步电动机，其额定容量为5.5kW ，频率为50Hz ，在某一情况下运行，自定子方面输入的功率为6.32kW ，定子铜损耗为341W ，转子铜损耗为237.5W ，铁心损耗为167.5W ，机械损耗为45W ，附加损耗为29W ，试绘出该电动机的功率流程图，注明各项功率或损耗的值，并计算在这一运行情况下该电动机的效率、转差率和转速。
实训报告
拖动控制系统综合训练报告题目：班级：姓名：学号：指导教师：成绩：江苏理工学院电气信息工程学院年月日实验二采用SPWM的开环VVVF调速系统实验2.1实验目的◆加深对SPWM生成机理和过程的理解。
◆熟悉SPWM变频调速系统中直流回路、逆变桥器件和微机控制电路之间的连接。
◆了解SPWM变频器运行参数和特性。
2.2实验内容一、在不同调制方式下，观测不同调制方式与相关参数变化对系统性能的影响，并作比较研究：1.同步调制方式时，在不同的速度下，观测载波比变化对定子磁通轨迹的影响；2.异步调制方式时，在不同的速度下，观测载波比变化对定子磁通轨迹的影响；3.分段同步调制时，在不同的速度下，观测载波比变化对定子磁通轨迹的影响；二、观测并记录启动时电机定子电流和电机速度波形；三、观测并记录突加与突减负载时的电机定子电流和电机速度波形；四、观测低频补偿程度改变对系统性能的影响五、测取系统稳态机械特性；2.3实验设备●NMCL－13B电机研究型变频调速系统实验平台及其相关组件●异步电动机M04，他励直流发电机M03●直流电机励磁电源、电阻负载等相关挂箱●万用表、示波器等2.4 实验原理1、异步电动机恒压频比控制基本原理由异步电动机的工作原理可知，通过改变定子绕组交流供电电源频率，即可实现异步电机速度的改变。
但是，在对异步电机调速时，通常需要保持电机中每极磁通保持恒定，因为如果磁通太弱，铁心的利用率不充分，在同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的带负载能力下降；如果磁通过大，可能造成电动机的磁路过饱和，从而导致励磁电流过大，电动机的功率因数降低，铁心损耗剧增，严重时会因发热时间过长而损坏电机。
如果忽略电机定子绕组压降的影响，三相异步电动机定子绕组产生的感应电动势有效值E与电源电压U可认为近似相等，在基频电压以下改变定子电源频率f进行调速时，若要保持气隙磁通Φm恒定不变，需保持电动机每极磁通为额定值的控制策略为恒压频比（U/f）控制。
vvvf电梯的电动机控制系统
第5章程序调试、运行
5.1正常情况下程序调试…………………………………………………………25
5.2过程分析………………………………………………………………………25
5.3用指示灯来模拟电梯的运行过程…………………………………………………25
2.2.3变压变频调速系统……………………………………………………………8
2.3系统构成及原理…………………………………………………………………8
2.3.1系统结构方框图………………………………………………………………8
2.3.2工作原理………………………………………………………………………9
2.3.3速度曲线…………………………………………………………………………9
层站部分包括层门（厅门）、呼梯装置（召唤盒）、门锁装置、层站开关门装置、层楼显示装置等。
轿厢部分包括轿厢、轿厢门、安全钳装置、平层装置、安全窗、导靴、开门机、轿内操纵箱、指层灯、通讯及报警装置等。
1.2采用电梯曳引机方案
电梯的核心部分是它的传动系统。电梯曳引驱动系统对电梯的起动加速、稳速运行和制动减速起着控制作用，其性能直接影响电梯的起动、制动、加减速度、平层精度和乘坐舒适性等指标。目前电梯曳引电动机以感应电动机为主，其驱动技术经历了从继电器控制的双速驱动到可编程序控制的调压调速驱动，进而到微机控制的调频调压及矢量控制驱动。电梯曳引机作为驱动电梯的动力源，主要采用电机配以减速器的传动方式。
2.3.4控制方式对电机参数的影响………………………………………………10
第3章VVVF电梯电器元件、设备的选择
3.1主回路………………………………………………………………………………11
爱登堡VVVF门机操作使用手册
四、PLC 各输入输出信号、运行频率说明：
输入信号 X0--力矩保持信号 X1--光幕、触板信号
X2--开门信号 X3--关门信号 X4--关门到位信号 X5--开门到位信号 X6--关门限位信号 X7--开门限位信号
输出信号 Y0--开门信号输出 Y1--关门信号输出 Y2--开关门变速信号 Y3--开关门变速信号 Y4--关门到位输出 Y7--开门到位输出
4）按设定键[SET]，再用上下键调整数值
5）按设定键[SET]，写入参数
6）按方式键[MODE]，使变频器回到原状态；显示器显示 000
六、操作调试过程中应注意的问题：
1、不要将交流电源接到输出端子（U/T1、V/T2、W/T3）上；
2、输入电源不得超过 240VAC，且应是稳定的电压，以免过电压烧坏变频器；
爱登堡 VVVF 门机操作使用手册
运行频率及加减速由 Y0、Y2、Y3 信号控制；具体控制信号如下：
mk8888
Y0
Y2
Y3
OFF
OFF
OFF
OFF
OFF
ON
OFF
ON
OFF
OFF
ON
ON
ON
OFF
OFF
ON
OFF
ON
ON
ON
OFF
ON
ON
ON
参数 P19 设定为 2 速度 1（出厂设定为 0.5Hz) 速度 2(P32),第二加/减速(P39/P40) 速度 3(P33),第三加/减速(P41/P42) 速度 4(P34),第四加/减速(P43/P44)
LU
压不足）
• 考虑瞬时停电再起动功能
OL
• 输出电流大于等于电热偶设定电流的 125% 或大于等于变频器额定电流的 150%持续时 间达到或者超过一分钟（过载）
vvvf变频驱动电路工作原理
vvvf变频驱动电路工作原理
VVVF，即Variable Voltage and Variable Frequency，意为可变电压、
可变频率，也就是变频调速系统。
其工作原理是通过控制电路来控制主电路，主电路中的整流器将交流电转变为直流电，直流中间电路将直流电进行平滑滤波，逆变器最后将直流电再转换为所需频率和电压的交流电。
逆变器通过控制开关的频率，来实现电压和频率的调节。
当逆变器接通时，开关元件从正极到负极的电流通过，从而产生正向电压，当逆变器断开时，开关元件的电流被切断，从而产生反向电压。
通过改变开关元件的通断时间，就可以实现输出电压和频率的调节。
以上内容仅供参考，建议查阅专业教材或咨询专业人士获取更准确的信息。
交流调速重点总结
第一章异步电动机变压变频调速理论基础1.异步电动机变压变频（VVVF）调速系统简称变频调速系统，变频调速技术的关键是如何获得频率可变的大功率供电电源。
变频调速系统的核心是变频器。
2.变频调速的控制方式可分为两大类：开环控制，具体的有U/F控制方式；闭环控制，具体的有转差频率控制、矢量控制和直接转矩控制等方式。
3.异步电动机的固有机械特性：当异步电动机工作在额定电压，额定频率，定子按规定接线方式联结，转子回路不串电阻、电抗和电容，而是自己短路的，在这种条件下的机械特性是其固有特性。
（电磁转矩与转速的关系称为机械特性）。
4.电动机常用的典型调速方式有两种，即恒转矩调速方式和恒功率调速方式。
异步电动机的调速分为基频下调和基频上调两种情况，基频下调通常采用恒转矩调速方式，基频上调通常采用恒功率调速方式。
5.基频下调：（1）保持Es/f1==const的严格恒磁通控制（2）保持Us/f1=const的近似恒磁通控制（U/f控制）。
6.基频上调：（1）近似恒功率调速方式（电磁转矩T与频率成反比变化称为恒功率调速）：电压不变，升高频率的调速方式是近似恒功率调速方式。
（2）严格恒功率控制方式7.负载的转矩特性：负载的转矩特性是指生产机械负载的静态阻转矩和转速之间的关系。
典型的负载转矩大致分为：（一）恒转矩负载：静负载转矩在任何转速下总保持恒定或基本恒定，其负载功率PL与转速成正比变化（传送带、搅拌机、挤压机等摩擦类负载和起重机、提升机等重力负载）。
（二）恒功率负载：静负载转矩与转速大致成反比，负载功率基本保持不变，与转速无关（轧钢机、造纸机、塑料薄膜生产线中的卷纸机、开卷机等以及各种机床）。
（三）平方转矩负载：在各种风机、水泵、油泵中，随着叶轮的转动，空气或液体在一定速度范围内所产生的阻力大致与转速N的二次方成正比（所需功率与速度的3次方成正比）。
第二章电力电子变频器及PWM控制原理1.根据变频过程中有无中间直流环节，电力电子变压变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器。
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右手定则决定 电流方向
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运动控制系统
6.1.3 异步电动机转速与运行状态
异步电动机的工作原理决定了它的转速一般低于同步转速 n0。
如果异步电动机的转子转速达到同步转速，则旋转磁场与 转子导条之间不再有相对运动，因而不可能在导条内感应 产生电动势，也不会产生电磁转矩来拖动机械负载。
转差率s：转子转速n与旋转磁场转速n0之差称为转差，转 差与磁场转速n0之比，称为转差率s。 s n0 n 100 % n0
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运动控制系统
➢ 转差功率消耗型调速系统
这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中， 上述第①、②、③三种调速方法都属于这一类。在三类异 步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速 时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降 低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备成 本最低，所以还有一定的应用价值。
率Pmech，称作机械功率； 另一部分是传输给转子电
路的转差功率Ps，与转差 率 s 成正比。
~ Pem
Pmech Ps
16
运动控制系统
即 Pem = Pmech + Ps Pmech = (1 – s) Pm Ps = sPm
从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消 耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标 志。
在基频以上调速时，频率应该从f1N向上升高，但定 子电压U1 却不可能超过额定电压U1N ，最多只能保持 U1 = U1N ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当 于直流电机弱磁升速的情况。
按照电力拖动原理： 基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速” ； 基频以上，转速升高时转矩降低，属于“恒功率调速”。
Te Cmm Ircosr 式中，Ce——转矩系数；Φm ——气隙磁通；
θr——转子的功率因数角
异步电机的转速公式：
n 60 f1(1 s) / p n0 (1 s) 因此，异步交流电机的调速方法可分为变频调速、变极对 数调速和变转差率调速。
14
运动控制系统
按电动机的调速方法分类
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运动控制系统
➢ 转差功率馈送型调速系统
在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子 侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率 越多，上述第④种调速方法属于这一类。无论是馈出还 是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终 都转化成有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要 增加一些设备。
交-交变频器主要特点：
➢ 可直接引用成熟的直流可逆调速的技术； ➢ 输出到电机的电流近似于三相正弦电流，附加损耗
小； ➢ 采用的元器件数量较多； ➢ 输出频率不能高于电网频率的1/3～1/2，一般低于
20Hz； ➢ 价格不高，转速较低。
30
运动控制系统
6.6.2 交-直-交变频器
此类变频器在恒频交流电源和变频交流输出之间有一 个“中间直流环节”，所以又称间接式变压变频器。
如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪 费；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。
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，要保持磁通恒定就比较麻烦。
20世纪70年代，开始研究交流调速系统。 20世纪80年代，交流调速系统开始广泛应用。 交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要
发展方向。
3
运动控制系统
直流电机的主要缺点
电刷和换相器的磨损，因而必须经常检查维修； 换向火花使直流电机的应用环境受到限制； 换向能力限制了直流电机的容量和速度
交流调速系统的应用领域
一般性能的节能调速 高性能的交流调速系统 特大容量、极高转速的交流调速
4
运动控制系统
6.1.1 交流电动机的主要类型
交流电机主要分为异步电机和同步电机两大类，每类 电机又有不同类型的调速系统。
同步电机的转速与交流电源频率之间存在严格的对应 关系。
异步电动机定子接上交流电源后，形成旋转磁场，依 靠电磁感应作用，使转子绕组感生电流，产生电磁转 矩，实现机电能量转换。异步电机又有三相和单相两 种。
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运动控制系统
6.7.1 通用变频器的基本结构功能
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件单独装在变频器机箱外边。
四极旋转磁场示意图
10
运动控制系统
三相异步电动机的工作原理
三相异步电动机的定子铁心 上嵌有三相对称绕组，接通 三相对称电源后，在定子、 转子之间的气隙内产生以同 步转速旋转的旋转磁场。
左手定则 决定导条 受力方向
转子导条被这种旋转磁场切 割，在导条内产生感生电流， 磁场又对导条产生电磁力， 于是转子就跟着旋转磁场旋 转。
变转差率调速： ① 转子串电阻调速
② 定子调压调速
③ 电磁转差离合器调速
④ 串级调速
变极对数调速： ⑤ 鼠笼型转子
变频调速：
⑥ 交交变频调速
⑦ 交直交变频调速
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运动控制系统
按电动机的能量转换类型分类
按照交流异步电机原理，
从定子传入转子的电磁功
率Pem可分成两部分：一 部分是拖动负载的有效功
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运动控制系统
VVVF控制的电压模式
定子每相电动势
式中，
E1 4.44 f1N1K N1m
E1 ——气隙磁通在定子每相中的感应电动势有效值（V）； f1——定子电源频率（Hz）； N1——定子每相绕组匝数； KN1——绕组系数； Φm——每极气隙磁通量（Wb）。
只要控制好 E1 和 f1 ，便可达到控制磁通Φm 的目的。
8
运动控制系统
旋转磁场
iA Im cost iB Im cos(t 120 ) iC Im cos(t 240 )
当三相对称绕组接上三相对称电源，就产生旋转磁场。 9
运动控制系统
旋转磁场
n0
60 f1 p
式中，
n0为同步转速，单
位r/min； p为极对数； f1为交流电源的频率。
第六章 VVVF调速系统
1
运动控制系统
本章提要
交流异步电动机 交流调速基本控制结构 交流调速基本类型 交流变频调速系统 VVVF控制 变频器 通用变频器
2
运动控制系统
6.1 交流异步电动机
交流调速的发展
在20世纪上半叶，电机拖动的格局：不变速拖动系统， 占整个电力拖动容量的80%，采用交流电机；可调速 拖动系统，占整个电力拖动容量的20%，采用直流电 机。
主电路——由二极管整流器UR、PWM逆变器UI和中间 直流电路三部分组成，一般都是电压源型的，采用大电 容C滤波，同时兼有无功功率交换的作用。
限流电阻R0 ——为了避免大电容C 在通电瞬间产生过大 的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入 限流电阻（或电抗），通上电源时先限制充电电流，再 延时用开关K 将其短路，以免长期接入时影响变频器的 正常工作，并产生附加损耗。
恒压恒频(CVCF)
AC ~ 50Hz
整流
中间直流环节
变压变频 (VVVF)
DC 逆变
AC
恒压恒频(CVCF)
AC ~ 50Hz
中间直流环节
变压变频(VVVF)
C
PWM 逆变器
AC
DC
调压调频
31
运动控制系统
SPWM变频调速原理
正弦波 三角波
Ud O - Ud
t
32
运动控制系统
6.7 通用变频器
从整体结构上看，变频器可分为交–直–交变频器和交 –交变频器两大类。
变流器
平滑电路
ห้องสมุดไป่ตู้逆变器
M
控制器
变频器基本结构
28
运动控制系统
6.6.1 交-交变频器
此类变频器只有一个变换环节，因此又称直接式变频器。
VF ~ 50Hz
u o
+ Id
- VR
负 载
u0
-
-Id +
~ 50Hz
O
t
29
运动控制系统
25
运动控制系统
基频以下调速
要保持m不变，当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时， 必须同时降低 E1，使
E1 常数 f1
即采用恒值电动势频率比的控制方式。 当电动势值较高时，可认为定子相电压U1≈E1，
U1 常值 f1
这是恒压频比的控制方式。
26
运动控制系统
基频以上调速
~
给定
控制器
u0 f0
逆变器
us
f1
M~
电压/电流检测
转速/位置检测
21
运动控制系统
6.4.1 异步电动机稳态等效电路
U1, ω1
Rs
L1s
L'1r
I1 Es
Im
I2
E1 Lm
E'r
R'r s
U1— 定子相电压 ； 1—电源角频率；
Es—定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势； E1—气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中的感应电动势； E‘r—转子全磁通在转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）。