2.4 转速开环的变频调速系统解读
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代的U/f控制变频器已经实现了转矩控
制功能，具有无跳闸能力。由这种变
频器驱动的通用异步电动机已经具备 了挖土机特性，像直流电动机一样， 可以人为地设定其极限输出转矩。
第二章 电力电子变频器及PWM控制原理
交-交变频器 交-直-交变频器 PWM控制基础
PWM控制技术
三相SPWM专用集成电路
单片机和DSP用于PWM信号生成
转速开环的U/f控制变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变频调速系统
2.8 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 问题的提出 转速开环变频调速系统可以 满足平滑调速的基本要求 提高静、动态性能 静、动态性 能都有限
转速反馈闭环控制
怎样提高系统的动态性能呢？
控制系统构成
www.sdu.edu.cn
充电继电器 检测 信号 信号调 理
模拟 信号
外部 中断 信号
E2PROM 时钟电路
MCS 87C196MC
PWM
驱动电 路
电源监 控
键盘 显示
信号 输出
图2-50 以MCS87C196MC单片机为核心的开环通用变频器控制电 路框图
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
www.sdu.edu.cn
概述
现代通用变频器大都是 采用二极管整流和由全控开 关器件 IGBT 或功率模块 IPM 组成的PWM逆变器，构 成交-直-交电压源型变压变频 器，已经占领了全世界 0.5~600kW 中、小容量变频 调速装置的绝大部分市场。
第二章 电力电子变频器及 PWM控制原理
山东大学
崔纳新
第二章
www.sdu.edu.cn
交-交变频器 交-直-交变频器 PWM控制基础
PWM控制技术
三相SPWM专用集成电路
单片机和DSP用于PWM信号生成
转速开环的U/f控制变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变频调速系统
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
www.sdu.edu.cn
பைடு நூலகம்实现补偿的方法有两种：
一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的 U / f 函数，由用户根据需要选择最佳特性； 另一种办法是采用霍耳电流传感器检测定子电 流或直流回路电流，按电流大小自动补偿定子 电压。但无论如何都存在过补偿或欠补偿的可 能，这是开环控制系统的不足之处。
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
www.sdu.edu.cn
工作频 升降速 率设定 时间设定 斜坡函数
f*
电压补偿设定
PWM产生
U / f 曲线
u
脉冲发生器
f
t
f
u
驱动 电路
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
www.sdu.edu.cn
开环U/f控制变频器发展的特点是
通用化、系列化和规模化生产。新一
• 电力传动的基本控制规律
任何电力拖动自动控制系统都服从于基本 运动方程式
J d Te TL np dt
提高调速系统动态性能主要依靠控制转速 的变化率 d / dt ，根据基本运动方程式，控制 电磁转矩就能控制 d / dt ，因此，归根结底， 调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。
www.sdu.edu.cn
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， 在通用产品中称作“电压补偿”或“转矩补偿”。
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进线电抗器
K
泵升限制电路
UR
~
R0 R 0
R R11
R R2
R Rb
UI
M 3~
b
VTb
2
显示 设定 接口
中 央 处 理 器
电压 检测
泵升 限制
电流 检测
温度 检测
电流 检测
PWM 发生器
驱动 电路
1. 系统组成
www.sdu.edu.cn
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。
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
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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。
系统介绍 下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
www.sdu.edu.cn
PWM信号产生——可以由微机本身的软件产生， 由PWM端口输出，也可采用专用的PWM生成电 路芯片。 检测与保护电路——各种故障的保护由电压、电 流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压、 光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入A/D 转换器，输入给CPU作为控制算法的依据，或者 作为开关电平产生保护信号和显示信号。
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
www.sdu.edu.cn
异步电机的动态数学模型复杂，好在不
少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很
高的动态性能，只要在一定范围内能实现高
效率的调速就行，因此可以只用电机的稳态 模型来设计其控制系统。
常用的通用变频器控制系统就是采用转
速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案。
1. 系统组成
www.sdu.edu.cn
进线电抗器 二极管整流器虽然是全波整流装置， 但由于其输出端有滤波电容存在，因此输入电流 呈脉冲波形。 这样的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。
2.8 转速闭环转差频率控制的变频调速系统
1.3中介绍的恒 Es /1 控制（即恒 m 控制）时
的电磁转矩公式为
Es s1 Rr' Te 3np R ' 2 s 2 2 L'2 r 1 lr 1
制功能，具有无跳闸能力。由这种变
频器驱动的通用异步电动机已经具备 了挖土机特性，像直流电动机一样， 可以人为地设定其极限输出转矩。
第二章 电力电子变频器及PWM控制原理
交-交变频器 交-直-交变频器 PWM控制基础
PWM控制技术
三相SPWM专用集成电路
单片机和DSP用于PWM信号生成
转速开环的U/f控制变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变频调速系统
2.8 转速闭环转差频率控制的变频调速系统 问题的提出 转速开环变频调速系统可以 满足平滑调速的基本要求 提高静、动态性能 静、动态性 能都有限
转速反馈闭环控制
怎样提高系统的动态性能呢？
控制系统构成
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充电继电器 检测 信号 信号调 理
模拟 信号
外部 中断 信号
E2PROM 时钟电路
MCS 87C196MC
PWM
驱动电 路
电源监 控
键盘 显示
信号 输出
图2-50 以MCS87C196MC单片机为核心的开环通用变频器控制电 路框图
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
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概述
现代通用变频器大都是 采用二极管整流和由全控开 关器件 IGBT 或功率模块 IPM 组成的PWM逆变器，构 成交-直-交电压源型变压变频 器，已经占领了全世界 0.5~600kW 中、小容量变频 调速装置的绝大部分市场。
第二章 电力电子变频器及 PWM控制原理
山东大学
崔纳新
第二章
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交-交变频器 交-直-交变频器 PWM控制基础
PWM控制技术
三相SPWM专用集成电路
单片机和DSP用于PWM信号生成
转速开环的U/f控制变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变频调速系统
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
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பைடு நூலகம்实现补偿的方法有两种：
一种是在微机中存储多条不同斜率和折线段的 U / f 函数，由用户根据需要选择最佳特性； 另一种办法是采用霍耳电流传感器检测定子电 流或直流回路电流，按电流大小自动补偿定子 电压。但无论如何都存在过补偿或欠补偿的可 能，这是开环控制系统的不足之处。
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
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工作频 升降速 率设定 时间设定 斜坡函数
f*
电压补偿设定
PWM产生
U / f 曲线
u
脉冲发生器
f
t
f
u
驱动 电路
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
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开环U/f控制变频器发展的特点是
通用化、系列化和规模化生产。新一
• 电力传动的基本控制规律
任何电力拖动自动控制系统都服从于基本 运动方程式
J d Te TL np dt
提高调速系统动态性能主要依靠控制转速 的变化率 d / dt ，根据基本运动方程式，控制 电磁转矩就能控制 d / dt ，因此，归根结底， 调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。
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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， 在通用产品中称作“电压补偿”或“转矩补偿”。
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进线电抗器
K
泵升限制电路
UR
~
R0 R 0
R R11
R R2
R Rb
UI
M 3~
b
VTb
2
显示 设定 接口
中 央 处 理 器
电压 检测
泵升 限制
电流 检测
温度 检测
电流 检测
PWM 发生器
驱动 电路
1. 系统组成
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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。
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
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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。
系统介绍 下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
www.sdu.edu.cn
PWM信号产生——可以由微机本身的软件产生， 由PWM端口输出，也可采用专用的PWM生成电 路芯片。 检测与保护电路——各种故障的保护由电压、电 流、温度等检测信号经信号处理电路进行分压、 光电隔离、滤波、放大等综合处理，再进入A/D 转换器，输入给CPU作为控制算法的依据，或者 作为开关电平产生保护信号和显示信号。
2. 7 转速开环的U/f控制变频调速系统
www.sdu.edu.cn
异步电机的动态数学模型复杂，好在不
少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很
高的动态性能，只要在一定范围内能实现高
效率的调速就行，因此可以只用电机的稳态 模型来设计其控制系统。
常用的通用变频器控制系统就是采用转
速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案。
1. 系统组成
www.sdu.edu.cn
进线电抗器 二极管整流器虽然是全波整流装置， 但由于其输出端有滤波电容存在，因此输入电流 呈脉冲波形。 这样的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。
2.8 转速闭环转差频率控制的变频调速系统
1.3中介绍的恒 Es /1 控制（即恒 m 控制）时
的电磁转矩公式为
Es s1 Rr' Te 3np R ' 2 s 2 2 L'2 r 1 lr 1