异步电动机变压变频调速系统中的转速开环优化

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：恒压频比的控制方式常用在通用变频器上，其突出的优点是可以进行电动机的转速开环控制，这类变频器主要用于对调速范围要求不高的场合，例如风机、水泵等的节能调速就经常采用这种系统。如图6-21所示为一种典型的数字控制IGBT-SPWM变频调速系统原理图。图6-21数字控制IGBT-SPWM变频器调速系统整流电路输出的脉动整流电压，必须加以滤波。由于其后续的逆变器是PWM电压源型逆变器，故采用大电容C和小电感相配合进行滤波。

恒压频比的控制方式常用在通用变频器上，其突出的优点是可以进行电动机的转速开环控制，这类变频器主要用于对调速范围要求不高的场合，例如风机、水泵等的节能调速就经常采用这种系统。系统的基本结构如图6-21所示。

随着电力电子和微机技术的发展，越来越多的变压变频调速系统采用了数字控制，而晶闸管变频装置已逐步让位给采用全控型电力电子器件的SPWM变频器。

如图6-21所示为一种典型的数字控制IGBT-SPWM变频调速系统原理图。恒压频比控制的SPWM变频器通常为交-直-交电压型变频器，输入接三相电源，输出接三相异步电动机。它主要包括主电路、驱动电路、控制电路、信号采集与综合电路，图中未给出吸收电路和其他辅助电路。

主电路由不可控变流器UR、SPWM逆变器UI和中间直流电路三部分组成。整流电路一般采用整流二极管组成的三相或单相整流桥。小功率通用变频器整流桥输入多为单相220 V，较大功率的整流桥输入一般为三相380 V或440 V。

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图6-21　数字控制IGBT-SPWM变频器调速系统(https://www.chuimin.cn)

整流电路输出的脉动整流电压，必须加以滤波。由于其后续的逆变器是PWM电压源型逆变器，故采用大电容C和小电感相配合进行滤波。此外，大电容还兼有无功功率补偿的作用。电感不仅有限制电流和限制电流变化率的作用，还能改善变频器的功率因数。由于电容容量较大，电源接通瞬间电容相当于短路，势必产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管。为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间需串入限流电阻（或电抗）R0。当合上电源以后，再通过延时开关将R0短路，以减少附加损耗。这里用的延时开关可以是接触器触点，也可以是功率开关器件，如晶闸管等。

常用的通用变频器一般都是三相逆变器，逆变器的开关器件大多采用高速全控器件IGBT。这些功率开关受来自控制电路的PWM信号的控制而接通和断开，从而将直流母线电压变成按一定规律变化的PWM电压以驱动电动机。

通用变频器在直流环节处专门设置了泵升电压吸收电路，以消除电动机再生制动时向电源一侧回馈能量时引起的直流母线电压异常升高现象。当有快速减速要求时，将定子频率迅速减小，而感应电动机及其负载由于惯性很容易使转差率小于零，电动机进入再生制动状态，电流经逆变器的续流二极管整流成直流，并对滤波电容充电。由于通用变频器的整流桥是由单向导电的二极管组成，不能吸收电动机回馈的电流，因此，若电动机原来的转速较高，再生制动的时间较长，直流母线电压会一直上升到对主电路开关元件和滤波电容形成威胁的过高电压，这就是所谓的泵升电压。通用变频器一般通过制动电阻RB来消耗这些能量，即将一个大功率开关器件和RB串联，当直流电压达到一定值时，VTB被导通，RB接入电路，从而消耗掉电动机回馈的能量，以维持直流母线电压基本不变。为了便于制动电阻散热，制动电阻常作为附件单独装在变频器的机箱外面。电路图中的Li是为了抑制谐波电流而设置的。

现代SPWM变频器的控制电路大都是以微处理器为核心的数字电路，其功能主要是接收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SPWM信号。微机芯片主要采用8位或16位单片机，或用32位的DSP，现在已有应用RISC的产品出现。SPWM信号可以由微机本身用软件实时计算或者用查表法生成，也可采用专用的SPWM集成电路芯片。

控制软件是系统的核心，除了PWM生成、给定积分和压频控制等主要功能软件外，还包括信号采集、故障综合及分析、键盘及给定电位器输入、显示和通信等辅助功能软件。

现代通用变频器功能强大，可设定或修改的参数达数百个，有多组压频比曲线可供选择，除了常用的带低频补偿的恒压频比控制外，还有带S型或二次型曲线的，或具有多段加减速功能，每段的上升和下降斜率均可以分别设定，还具有摆频、频率跟踪及逻辑控制和PI控制等功能，以满足不同的用户需求。

异步电动机变压变频调速系统中的转速开环优化

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