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SIEMENS  西門子閥門定位器技術參數

在直流電動機中，主磁通和電樞電流分布的空間位置是確定的，而且可以獨立控制，交流異步電動機的磁通則由定子與轉子電流合成產生，它的空間位置相對于定子和轉子都是運動的，除此以外，在籠型異步電動機中，轉子電流還是不可測和不可控的。因此，異步電動機的動態數學模型要比直流電動機模型復雜得多，在相當長的一段時間里，人們對它的精確表述還不得要領。好在不少機械負載，例如風機和水泵，并不需要很高的動態性能，只要在一定范圍內能實現高效率的調速就行，因此可以只根據電動機的穩態模型來設計其控制系統。異步電動機的穩態數學模型如*講中所述，為了實現電壓-頻率協調控制，可以采用轉速開環恒壓頻比帶低頻電壓補償的控制方案，這就是常用的通用變頻器控制系統。如果對調速范圍和起制動性能要求高一些，可以采用轉速閉環轉差頻率控制的方案。本講將分別介紹這兩類基于穩態數學模型的變壓變頻調速系統。

5.1 轉速開環恒壓頻比控制調速系統—通用變頻器-異步電動機調速系統

現代通用變頻器大都是采用二極管整流器和由全控開關器件igbt或功率模塊ipm組成的pwm逆變器，構成交-直-交電壓源型變壓變頻器，它們已經占據了0.5~500 kva中、小容量變頻調速裝置的絕大部分市場。所謂“通用”，包含著兩方面的含義：一是可以和通用的籠型異步電動機配套使用；二是具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質的負載。
圖5-1繪出了一種典型的數字控制通用變頻器-異步電動機調速系統原理圖。它包括主電路、驅動電路、微機控制電路、保護信號采集與綜合電路，圖中未繪出開關器件的吸收電路和其它輔助電路。

圖5-1 數字控制通用變頻器-異步電動機調速系統原理圖

通用變頻器-異步電動機調速系統的主電路由二極管整流器ur、pwm逆變器ui和中間直流電路三部分組成，采用大電容c1和c2濾波，同時兼有無功功率交換的作用。為了避免大電容在合上電源開關q1后通電的瞬間產生過大的充電電流，在整流器和濾波電容間的直流回路中串入限流電阻r0（或電抗）。通上電源時，由r0限制充電電流，經延時在充電完成后用開關q2將r0短路，以免*接入r0影響變頻器的正常工作并產生附加損耗。
由于二極管整流器不能為異步電動機的再生制動提供反向電流的通路，所以除特殊情況外通用變頻器一般都用電阻（見圖5-1中的rb）吸收制動能量。減速制動時，異步電動機進入發電狀態，首先通過逆變器的續流二極管向電容充電，當中間直流回路的電壓（通稱泵升電壓）升高到一定的限制值時，通過泵升限制電路使開關器件vtb導通，將電動機釋放出來的動能消耗在制動電阻rb上。為了便于散熱，制動電阻器常作為附件單獨裝在變頻器機箱外邊。
二極管整流器雖然是全波整流裝置，但由于其輸出端有濾波電容存在，只有當交流電壓幅值超過電容電壓時，才有充電電流流通，交流電壓低于電容電壓時，電流便終止，因此輸入電流呈脈沖波形，如圖5-2所示。這樣的電流波形具有較大的諧波分量，使電源受到污染。為了抑制諧波電流，對于容量較大的通用變頻器，都應在輸入端設有進線電抗器lin，有時也可以在整流器和電容器之間串接直流電抗器。lin還可用來抑制電源電壓不平衡對變頻器的影響。

圖5-2 三相二極管整流電路的輸入電流波形
工作電壓：380v, 50hz
工作電流：6a(加載)

現代通用變頻器的控制電路大都是以微處理器為核心的數字電路（見圖5-1），其功能主要是接受各種設定信息和指令，再根據它們的要求形成驅動逆變器工作的pwm信號。微機芯片主要采用8位或16位的單片機，或用32位的dsp（數字信號處理器），現在已有應用risc（精簡指令集計算機）的產品出現，可以完成諸如無速度傳感器矢量控制等更為復雜的控制功能。pwm信號可以由微機本身的軟件產生，由pwm端口輸出，也可采用的pwm生成電路芯片。各種故障的保護由電壓、電流、溫度等檢測信號經信號處理電路進行分壓、光電隔離、濾波、放大等綜合處理，再進入a/d轉換器，輸入給cpu作為控制算法的依據，或者作為開關電平產生保護信號和顯示信號。
需要設定的控制信息主要有u/f特性、工作頻率、頻率升高時間、頻率下降時間等，還可以有一系列特殊功能的設定。采用恒壓頻比控制時，只要改變設定的“工作頻率”信號，就可以平滑地調節電動機的轉速。低頻時，或負載的性質和大小不同時，須靠改變u/f函數發生器的特性來補償，使系統達到eg/f1恒定的功能（見*講中有關內容），在通用變頻器產品中稱作“電壓補償”或“轉矩補償”。實現補償的方法有兩種：一種是在微機中存儲多條不同斜率和折線段的u/f函數曲線，由用戶根據需要選擇特性；另一種辦法是采用霍爾電流傳感器檢測定子電流或直流回路電流，按電流大小自動補償定子電壓。但無論如何都存在過補償或欠補償的可能，這是開環控制系統的不足之處。
由于系統本身沒有自動限制起制動電流的作用，因此頻率設定必須通過給定積分算法產生平緩的升速或降速信號，升速和降速的積分時間可以根據負載需要由操作人員分別選擇。
綜上所述，通用變頻器的基本控制作用如圖5-3所示。近年來，許多企業不斷推出具有更多自動控制功能的變頻器，使產品性能更加完善。

圖5-3 通用變頻器的基本控制作用

5.2 轉速閉環轉差頻率控制的變壓變頻調速系統

前節所述的轉速開環變頻調速系統可以滿足平滑調速的要求，但靜、動態性能都是有限的，要提高靜、動態性能，首先要用轉速反饋閉環控制，這時在圖5-1中就應增加轉速檢測（硬件）和數字測速（軟件）功能。轉速閉環系統的靜特性比開環系統強，這是很明顯的，但是否能夠提高系統的動態性能？還得作進一步的探討。
我們知道，任何電力拖動自動控制系統都服從于基本運動方程式