变频调速的基本控制方式概述
变频调速的基本控制方式ppt课件
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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。
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O Te
图6-5 基频以上恒压变频调速的机械特性29
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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
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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。
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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
变频器的工作原理与控制方式
变频器的工作原理与控制方式变频器（Variable Frequency Drive，缩写为VFD），又称为交流调速器（AC Drive），是一种用于调节交流电机转速的电子装置。
它通过改变输入电压的频率和幅值来控制电机的转速。
变频器工作原理主要涉及开关技术、PWM调制技术、电机驱动理论等方面内容，下面将详细介绍。
一、变频器的工作原理1.开关技术变频器利用开关电子器件（如晶体管、IGBT等）来实现对输入电源的开关控制。
通过不断开关电路，形成等效于几十千赫兹至几千千赫兹的高频方波，从而形成理想的正弦波输出。
2.PWM调制技术PWM（Pulse Width Modulation）调制技术是指通过改变开关装置的导通时间和关断时间，以一定占空比形式控制开关管工作的方式。
在变频器中，PWM技术可以实现加减压、变频和控制电机的转速。
3.电机驱动理论变频器通过改变输入电压的频率和幅值来调节电机的转速。
在工作过程中，通过改变开关器件导通时间和关断时间，将输入电压的频率调节到所需的频率范围，实现对电机转速的精准控制。
二、变频器的控制方式1.V/f控制方式V/f控制方式（Voltage/frequency ratio control）是一种常用的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速，并根据转速信号和预设的转速曲线进行比较，计算所需输出频率，并根据预设的V/f比值进行控制，实现对电机速度的调节。
2.向量控制方式向量控制方式（Vector Control）又称矢量控制方式，是一种高性能的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速、转矩和位置等信息，并根据这些信息进行精确计算和控制，实现对电机速度、转矩和位置等的准确控制。
3.矢量控制方式矢量控制方式（Direct Torque Control，缩写为DTC）是一种高性能的变频器控制方式。
它通过传感器检测电机当前的转速、转矩等信息，并根据转速、转矩的变化率进行预测和计算，在每个采样周期内调节电机的转速和转矩，实现对电机的精确控制。
变频调速的原理及应用教案
变频调速的原理及应用教案变频调速（Variable Frequency Drive，简称VFD）是一种电气设备，用于控制电机的转速和运行。
它通过改变电机的供电频率和电压来调节电机的转速。
以下是一个关于变频调速原理及应用的教案。
一、教学目标：1. 了解变频调速的原理；2. 掌握变频调速的应用范围和优势；3. 能够解释变频调速与传统调速方式的区别；4. 能够应用变频调速解决实际工程问题。
二、教学内容：1. 变频调速的原理1.1 变频调速的基本原理变频调速的基本原理是通过改变电源的频率和电压来改变电机的转速。
变频器将电网的交流电转换为直流电，然后再将直流电转换为可调频率和可调电压的交流电，供给电机。
通过改变输出电压的频率和幅值，可以调整电机的转速。
1.2 变频调速的控制方法变频调速的控制方法主要有开环控制和闭环控制两种。
开环控制是根据负载要求预先设定电机的转速，而闭环控制则通过传感器对电机的运行状态进行监测，并根据监测结果调整电机的输出转速。
2. 变频调速的应用2.1 工业领域在工业领域中，变频调速被广泛应用于各种需要控制转速的设备，如风机、泵、压缩机等。
通过调节设备的转速，可以实现能量的节约和运行效率的提高。
2.2 电梯电梯是另一个应用变频调速的领域。
通过变频调速可以实现电梯的平稳运行和快速响应，提升乘客的舒适度和安全性。
2.3 交通运输在交通运输领域，变频调速被广泛应用于地铁、电车和高速列车等。
通过调节电机的转速，可以实现车辆的平稳起动和制动控制。
三、教学方法：1. 学生讨论法：教师提出问题，学生进行小组讨论，然后在班内进行展示和讨论。
2. 实例分析法：通过实际工程案例，引导学生分析和解决问题，提高理论知识与实践能力的结合。
四、教学过程：1. 引入（10分钟）引入话题，向学生介绍变频调速的应用领域和优势。
2. 知识讲解（30分钟）2.1 讲解变频调速的基本原理和控制方法。
2.2 结合实例，展示变频调速在工程中的应用和效果。
变频器的四种控制方式详解
变频器的四种控制方式详解一、V/f恒定控制：V/f控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率，功率因数不下降。
因为是控制电压(Voltage)与频率(Frequency)之比，称为V/f控制。
恒定V/f控制存在的主要问题是低速性能较差，转速极低时，电磁转矩无法克服较大的静摩擦力，不能恰当的调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化; 其次是无法准确的控制电动机的实际转速。
由于恒V/f变频器是转速开环控制，由异步电动机的机械特性图可知，设定值为定子频率也就是理想空载转速，而电动机的实际转速由转差率所决定，所以V/f恒定控制方式存在的稳定误差不能控制，故无法准确控制电动机的实际转速。
二、转差频率控制：转差频率是施加于电动机的交流电源频率与电动机速度的差频率。
根据异步电动机稳定数学模型可知，当频率一定时，异步电动机的电磁转矩正比于转差率，机械特性为直线。
转差频率控制就是通过控制转差频率来控制转矩和电流。
转差频率控制需要检出电动机的转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的给定频率。
与V/f控制相比，其加减速特性和限制过电流的能力得到提高。
另外，它有速度调节器，利用速度反馈构成闭环控制，速度的静态误差小。
然而要达到自动控制系统稳态控制，还达不到良好的动态性能。
三、矢量控制矢量控制，也称磁场定向控制它是70年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。
由此开创了交流电动机和等效直流电动机的先河。
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子交流电流Ia、Ib、Ic。
通过三相-二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1、Ib1，再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流; It1相当于直流电动机的电枢电流)，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。
变频器的控制方法
变频器的控制方法变频器是一种能够控制交流电动机转速的设备，通常用于工业生产中的电机调速和节能控制。
它通过改变电机输入的电压和频率，使电机达到所需的转速。
变频器的控制方法有多种，下面将详细介绍几种常见的控制方法。
1. 简单开关控制方法简单开关控制方法是变频器最基本的控制方式，通过控制电机的开/关状态来实现转速控制。
这种方法的控制精度较低，转速调节范围也较有限，适用于一些对转速要求不高的应用。
2. 转矩控制方法转矩控制方法是通过调节变频器输出的电压和频率来实现对电机输出转矩的控制。
通过改变电压和频率的比例关系，可以实现电机的恒转矩调速。
这种控制方法适用于一些需要保持恒定转矩的场合，如起重机械、卷取机等。
3. PI控制方法PI控制方法是一种闭环控制方法，它通过测量电机的输出转速与期望转速之间的差异，并根据差异调整变频器的输出电压和频率来控制转速。
这种控制方法具有较高的控制精度和适应性，可以根据实际情况进行参数调整，实现稳定的转速控制。
4. 矢量控制方法矢量控制方法是一种高级的闭环控制方法，它可以实现更精确的转速控制和较高的转矩响应。
矢量控制方法通过对电机的电流、电压和转速进行测量和计算，并根据计算结果调整变频器的输出，使电机能够精确地跟随给定的转速和转矩变化。
5. 力矩控制方法力矩控制方法是一种特殊的转矩控制方法，它可以根据负载的力矩需求来调整电机输出的转矩。
通过测量负载的力矩大小，并根据力矩与转速的关系进行计算和控制，可以实现对电机输出的力矩进行精确的控制。
综上所述，变频器的控制方法有简单开关控制、转矩控制、PI控制、矢量控制和力矩控制等多种方式。
不同的控制方法适用于不同的应用场合，可以根据实际需求选择最合适的控制方式。
随着技术的不断进步和应用领域的扩大，变频器的控制方法也在不断发展和创新，为工业生产提供更加高效和可靠的电机控制解决方案。
变频调速的基本控制方式与基准电压基准频率的关系
变频调速的基本控制方式与基准电压、基准频率的关系一、变频器中的电压与频率的关系异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，根据公式E1=4.44f1N1 ①m可知，那么磁通相应增大，导致磁回路饱和。
现在铁心的饱和磁密一般选取18000GS简单的说，电流增加到一个点而铁芯的磁通却不增加了，这个点就是饱和点，这个现象就是饱和，见图1。
饱和会导致激磁电流增大，铁芯发热，严重时将烧96转比由的ifi代即线对比情况毁电机。
因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。
这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
频率f下降时，电压V也成比例下降，这个问题已说明V与f的比例关系是考虑了电机特性而预先决定的，通常在控制器的存储装置（ROM中存有几种特性，可以用开关或标度盘进行选择。
频率下降时完全成比例地降低电压，那么由于交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生的转矩有减小的倾向。
因此，在低频时给定V/f,要使输出电压提高一些，以便获得一定的起动转矩，这种补偿称增强起动。
可以采用各种方法实现，有自动进行的方法、选择V/f模式或调整电位器等方法。
由于通用变频器一般采用V/f控制，即变压变频（VVVF方式调速，因此，变频器在使用前正确的设定其压频比，对保证变频器的正常工作至关重要。
变频器的压频比由变频器的基准电压与基准频率两项功能参数的比值决定，即基准电压/基准频率二压频比。
基准电压与基准频率参数的设定，不仅与电动机的额定电压与额定频率有关（电机的压频比为电机的额定电压与额定频率之比），而且还必须考虑负载的机械特性。
对于普通异步电机在一般调速应用时，其基准电压与基准频率按出厂值设定（基准电压380V,基准频率50HZ，即满足使用要求。
但对于某些行业使用的较特殊的电机，就必须根据实际情况重新设定基准电压与基准频率的参数。
变频控制技术
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变频器调试常见问题
•
3）过热 过热的主要原因有：设备工作环境温度过高、 风机堵转、温度传感器性能不良或马达过热。 4）过载 首先分析一下到底是电机过载还是变频器自 身过载。一般来讲，电机由于过载能力较强，只要 变频器参数表的电机参数设置得当，一般不大会出 现马达过载；而变频器本身由于过载能力较差，则 很容易出现过载报警。解决办法：变频器容量增大。
• 1.恒压频比控制方式（V/F控制）
由于额定工作时电动机的磁通已接近饱和，φM 的继续增大，将会使电动机铁心出现深度饱和．这 将使励磁电流急剧升高，导致定子电流和定子铁心 损耗急剧增加，使电动机工作不正常。可见变频调 速时，单纯调节频率的办法是行不通的。
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2.2.2交流变频调速的三种基本控制方式
网
• 无源逆变：直流电-逆变器-交流电-用电器
9
2.2.3交-直-交变频技术
续流二极管的功能: 1.为电动机无功电流返回直流电源提供通路 2.为电动机降速时再生电流提供返回直流的通路 3.逆变时逆变管快速高频率地交替切换，同一桥 臂的两管交替地工作在导通和截止状态，在切换 的过程中，需要给线路的分布电感提供释放能量 的通路。
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2.2.4电压源型和电流源型逆变器
• 1.电压源型逆变器
中间直流环节采用大电容滤波，直流电压脉动很 小，近似为电压源，具有低阻抗特性 。 逆变器的开关只改变电压的方向，其输出的三 相交流电压波形受直流电源钳位为矩形波或阶梯波， 不受负载参数的影响，而交流侧电流波形因负载阻 抗角的不同而不同，其波形接近三角波或正弦波。
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2.2.4电压源型和电流源型逆变器
2.电流源型逆变器
中间直流环节采用大电感滤波，因而直流 电流脉动很小，近似为电流源，具有高阻抗特 性。 逆变器的开关只改变电流的方向，三相交 流输出电流波形近似为矩形波或阶梯波，而输 出电压波形及相位随负载不同而变化。 适用于大容量或要求频繁正反转运行的系 统。
变频调速的控制方式
４）直接转矩控制（ＤＴＣ控制） 直接转矩控制是 把电动机和逆变器看成一个整体，采用空间电压矢 量分析方法在定子坐标系进行磁通、转矩计算，通 过跟踪型 ＰＷＭ 逆变器的开关状态直接控制转矩。因 此，无需对定子电流进行解耦，免去矢量变换的复
杂计算，控制结构简单。该技术在很大程度上弥补 了矢量控制的不足，并以新颖的控制思想，简洁明 了的系统结构，优良的动静态性能得到了迅速发展。 目前，该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功 率交流传动上。
直接转矩控制它以测量电动机电流和直流电压 作为自适应电动机模型的输入。该模型每隔２５ μｓ 产生一组精确的转矩和磁通实际值，转矩比较器和 磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的 给定值进行比较获得最佳开关位置。由此可以看出 它是通过对转矩和磁通的测量，即刻调整逆变电路 的开关状态，进而调整电动机的转矩和磁通，以达 到精确控制的目的。
７）其他非智能控制方式 在实际应用中，还有 一些非智能控制方式在变频电源的控制中得以实现， 例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环 流控制、频率控制等。
２．智能控制方式 １）神经网络控制 神经网络控制方式应用在变 频电源的控制中，一般是用于比较复杂的系统控制， 这时对于系统的模型了解甚少，因此神经网络既要 完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网 络控制方式可以同时控制多个变频电源，因此神经 网络在多个变频电源级联时进行控制比较适合。但 是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具 体应用中带来不少实际困难。
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3np Es2 Rr' / s
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1. 保持
Es const 的严格恒磁通控制 f1
上式对 s 求导，并令 dTe/ds=0，可得恒磁通控制转矩最 大时的转差率为
sm Rr'
1 L'lr
将sm代入式（1-33）得最大电磁转矩
3np Es 1 ' Temax 2 8 f1 Llr
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一、调频与调压协调控制的必要性
异步电机的转速n与定子供电频率之间有以下关系：
60 f1 n n0 (1 s) (1 s) np
（1-29）
从上式可知，只要平滑地调节异步电机定子的供电频 率f1，同步转速n0随之改变，就可以平滑地调节转速n， 从而实现异步电机的无级调速，这就是变频调速的基本原 理。
在 Us 和 1的不同配合下机械特性也是不一样的，因此 可以有不同方式的电压－频率协调控制。
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二、 基频以下的变频调速控制方式
由式（1-30）可知，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 Es ，使
Es 常值 f1
即采用恒电动势频率比的控制方式。
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电压-频率协调控制方式
Te
1 Rs R r' / s
3n pU s2 R r' / s
2
1 Ll s
2
' 2 Llr
（1-18）
由式（1-18）机械特性方程式可以看出，对于同一组转 矩 Te 和转速 n（或转差率s）的要求，电压 Us 和频率 1 可 以有多种配合。
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一、调频与调压协调控制的必要性
•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。
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• 定子每相电动势
Es 4.44 f1 Ns kNS Φm
3np U s Te 2 f1
2
sR
s
sf1Rr'
2
' 2 Rr
s Xs
' 2 Xr
（1-36）
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Us 2.保持 常值 的近似恒磁通控制(恒压频比的控制) f1
式中 f1 —定子频率（Hz）； Ns —定子每相绕组串联匝数； kNs —基波绕组系数； （1-30）
Es—气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值（V）
m —每极气隙磁通量(Wb)。
由式（1-30）可知，只要控制好Eg和f1，便可达到控制 磁通m 的目的，对此，需要考虑基频（额定频率）以 下和基频以上两种情况。
然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当 电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降， 而认为定子相电压 Us ≈ Eg，则得
Us 常值 f1
用易于测量和控制的定子输入相电压Us取代电动势Es，这
就是保持 或U/f控制，它是开环变频调速系统常用的控制方式。
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Us 常值 的近似恒磁通控制，也称为恒压频比控制 f1
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1. 保持
Es const f1
的严格恒磁通控制
由图1-14可知：
I r' Es Rr' s 2 12 L' lr
2
将上式代入电磁转矩基本公式，可得
Te 3np Rr' / s
1
3np Es sf1Rr' '2 Ir f ( R ' ) 2 s 2 2 L'2 2 2 R ' 1 r 1 lr 2 2 ' r 1 Llr 2f1 s
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一、调频与调压协调控制的必要性
在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是： ----希望保持电机中每极磁通量 m为额定值不变。 •如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁芯，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。
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目前，交流变频调速技术以其优异的性能而深 受各行业的普遍欢迎，并已取得了显著的社会效益。 广泛应用： 电力 轧钢 造纸 化工 煤炭 纺织 船舶 机床
航天航空
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1.3 变频调速的基本控制方式
变频调速的基本原理
60 f1 n (1 s) np
充分利用电机绕组铁芯和绕组的截面积 主要特征：Tmax为常数 变频调速光调频行吗？？
第 1 章 异步电动机变压变频调速基础
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概
述
异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频 调速系统。 由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范 围宽，无论是高速还是低速时效率都较高，在采取一 定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系 统媲美。 因此现在应用面很广，是本篇的重点。
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1. 保持
Es const f1
的严格恒磁通控制
由式（1-30）可得
m
Es 4.44 f1 N s K Ns
（1-31）
由式（1-31）可知，要保持磁通m不变，当频率f1从 额定频率向下调节时，必须同时降低电动势Es，即采用 恒定的电动势频率比的控制方式。这时异步电动机的机 械特性将会如何呢？
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Us 2.保持 f 常值的近似恒磁通控制(恒压频比的控制) 1
式（1-18）的电磁转矩表达式：
Te
1 Rs R r' / s
3n pU s2 R r' / s
2
1 2 Ll s L'lr
2
（1-18）
当采用恒压频比控制方式时，式（1-18）可改写为：
2
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1. 保持
Es const f1
的严格恒磁通控制
可见，当调速过程中 Es/f1为恒值时Temax值 是恒定不变的，在低 频低速下也能保持这 个最大电磁转矩，因 此称为恒转矩调速方 式。
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Us 2.保持 f 常值的近似恒磁通控制(恒压频比的控制) 1