通用变频器的转差频率控制系统性能分析

    ①启动过程    速度调节器采用PI调节器，在调节器不饱和时的输入、输出的关系见式(2-7)。      (2-7)式中KP-比例放大系数；    Ki-积分系数。    在调节器出现饱和时，它的输出由设定的限幅值确定：ωs*=ωsmax*（ωsmax*为最大转差频率）。    在启动瞬间，电动机的速度为零，速度调节器的输入为：ω*-ω=ω*。    根据式(2-7)，速度调节器的积分部分在启动瞬间输出为零，调节器的输出由比例放大部分确定，即ωs*=Kpω*，随着时间的推移，电动机开始运转起来，积分部分将开始起作用。    由于电动机的转速变化相对缓慢，速度调节器在启动后很快进入饱和。如果忽略在启动后速度调节器进入饱和的时间，即认为在启动瞬间速度调节器即进入饱和，即速度调节器的输出为ωs*=ωsmax*，于是变频器以ωsmax*开始对电动机进行加速。异步电动机的启动输出转矩为ωsmax*所对应的电磁转矩。    电动机的速度随之而升高，变频器的设定频率ω1*随着转子转速的升高而升高。    ω1*=ωsmax*+ω    但是，只要转子转速叫低于转子速度的设定值ω*，速度调节器的输入仍为正，由于积分的作用，速度调节器继续处于饱和状态，其输出值即转差频率设定值仍为限幅值ωsmax*，即在电动机升速过程中，电动机的转差频率由于速度调节器处于饱和，始终为ωsmax*，这就是说，采用转差频率控制的异步电动机，在加速过程中始终以ωsmax*所对应的电磁转矩进行加速。在系统调试时，合理设定ωsmax*，可以设定加速过程中的加速转矩。如果设定ωsmax*大于异步电动机产生最大转矩的转差频率，在加速进程中不仅得不到所需的加速转矩，而且由于电动机在加速过程中运行在高转差下，将增加加速过程的电动机损耗，引起电动机的发热。因此加速过程可以设定的最大转差频率应为对应电动机产生最大转矩的转差频率。    当异步电动机的转速ω高于转子速度的设定值ω*时，速度调节器的输入变为负，由于积分的作用，调节器开始退饱和，速度调节器的输入将减小，即电动机的转差频率减小。于是，电动机的输出电磁转矩亦随着减小，电动机加速过程开始变慢。当电动机的输出转矩等于或小于负载转矩时，电动机的加速过程停止。但这时异步电动机的转速叫仍高于转子速度的设定值ω*，速度调节器的输出继续减小，即电动机的转差频率减小。于是电动机的输出转矩减小，电动机开始减速。如此反复若干次，最后异步电动机的转速ω稳定在转子速度的设定值ω*，变频器的频率设定值ω1*=ωs*+。    ②制动过程    假定异步电动机在制动过程开始前，电动机空载运行，即ωs*=0，电动机的速度为ω，在制动开始瞬间，异步电动机转速设定值变为ω*=0，速度调节器的输入为ω*-ω=-ω，速度调节器的输出在制动开始前为零，在制动开始瞬间调节器的输出由比例放大部分确定，即ωs*=-KPω= -ωsmax*。    变频器的设定频率减小，电动机的转差频率变为负，电动机开始运行在第2象限，电动机以-ωsmax*所对应的电磁制动转矩开始减速。随着时间的推移，积分部分将开始起作用。    变频器的设定频率ω1*= -ωsmax*+ω。    电动机的速度继续降低。但是，只要电动机尚未停止，即转子转速ω>0，速度调节器的输入仍为负，由于积分的作用，速度调节器继续处于饱和状态，其输出值即转差频率设定值仍为限幅值-ωsmax*，即在电动机制动过程中，由于速度调节器处于饱和，电动机的转差频率始终为-ωsmax*，说明采用转差频率控制的异步电动机，在制动过程中始终以-ωsmax*所对应的电磁转矩进行减速。在系统调试时，合理设定-ωsmax*，可以设定制动过程中的减速转矩。与电动机加速进程类似，如果设定的-ωsmax*小于异步电动机产生最大制动转矩的转差频率，在减速过程中不仅得不到所需的减速转矩，而且由于电动机在制动过程中运行在高转差下，将增加制动过程的电动机损耗，引起电动机的发热。因此制动过程中可以设定的最大转差频率应是对应电动机产生最大制动转矩的转差频率。    如果在电动机的转速降低到0时不适时地关断交频器的输出，电动机将会在0速附近摇摆一段时间，最后电动机完全停止。通常，变频器在检测到电动机的速度为0时，立即封锁变频器的PWM控制信号，停止制动过程。    ③负载运行    当采用转差频率控制的异步电动机变频调速系统在空载运行突然加速时，如果不考虑电动机和变频器的过渡过程，系统将在新的状态下运行。由于是采用PI调节器作为速度调节器，在稳态时可以实现无静差，其转子转速为ω=ω*，转差频率ωs由负载转矩和电动机的转矩一转速特性所决定。    变频器的设定频率为ω1*=ωs*+ω，电动机运行的转矩一转速特性曲线将从ω*=ω曲线转移到ω1*= -ωs*+ω曲线。    实现转差频率控制的前提是维持磁通恒定，否则控制特性会发生变化，而控制磁通并非易事。转差频率控制主要用于间接磁场定向矢量控制。