1 概述

對于中壓變頻器來講，怎樣控制調速系統是其核心問題。轉速開環的恒壓頻比(V/f)控制是最簡單的一種控制方式，特別適用于沒有高動態性能要求的一般交流調速場合，例如風機、水泵等。普通V/f控制示意圖如圖1所示。

雖然目前通用變頻器已經能夠比較成熟地應用矢量控制和直接轉矩控制，但都還保留V/f控制，同時還發展出高性能V/f控制。在高性能V/f 控制方式下，變頻器具有轉矩控制功能，無“跳閘”能力，機械特性硬度提高，并且具有挖土機特性[1]。本文把這種控制思想引入中壓變頻器，以期使中壓變頻器具有較高的性能。該方法是基于轉子磁鏈恒定的控制方式，即恒Er / f1控制，它采用了磁通補償器、轉差補償器和電流限制控制器，用以實現轉矩控制功能，充分體現了高性能V/f控制的基本思想。但是要實現轉子磁鏈恒定控制是比較困難的，因此本文在實現恒Eg / f1控制時，同時輔以電流限制控制，實現挖土機特性，防止出現“跳閘”;用轉差補償控制提高機械特性的硬度，實現在速度開環控制下的轉速誤差最小;通過IR降補償保持氣隙磁通的始終恒定。其原理框圖如圖2所示。

2 定子電阻(IR 降)補償

恒壓頻比控制的出發點是保持氣隙磁通椎m不變,以便充分利用電機鐵心，發揮電機產生轉矩的能力。根據電機學的原理，在基頻以下調速時，為保持氣隙磁通椎m不變，只要控制Egf1= 恒值即可，但是不能直接控制Eg，一般就用定子電壓U1替代Eg形成V/f控制。在高頻時，由于定子上所加電壓高，忽略定子電阻壓降影響不大;但是在低頻時，由于定子電阻的影響達到不可忽略的地步，恒壓頻比控制不能有效保持磁通不變，調速系統的輸出最大轉矩將降到很小，限制了系統的帶載能力，甚至不能帶載。這時就要采用定子壓降補償(IR 補償)，適當提高定子電壓，增強帶載能力。

定子電阻補償是基于保持定子磁通幅度不變的一種補償方式，這是由于定子漏電感L 只占定子全電感的2%~5%，所以在工程應用中可忽略定子漏電感，即L=0，這樣近似認為定子磁通等于氣隙磁通。

在此基礎上，采用了一種矢量補償IR降的方法。

異步電機穩態等效電路如圖3 所示，相量圖如圖4所示。

從相量圖可以看出，由于補償定子電阻壓降需要提高電壓，而電壓的提高會進一步增大定子電阻壓降，這樣就形成了一個正反饋，為保證系統的穩定性，可以將式(2)所計算出的U1分為兩部分，一部分為基本的V/f分量，另一部分為補償定子電阻壓降分量，將后者經過一個階慣性環節(抑制這部分的變化速度)后再與基本的V/f 分量相加，從而得到真正起作用的輸出電壓U1。所有的計算均采用按額定值標么化后的標么值計算，這樣會大大減少計算量。

3 轉差補償

異步電機要產生電磁轉矩，必需要有一定的轉差s，在電機轉速較高的情況下，比如額定轉速，s 在3%左右，那么它的影響可以忽略。在變頻運行的時候，為了產生同樣的電磁轉矩，s 反比于同步頻率，隨著同步頻率的下降，s 將越來越大;并且當同步頻率低到一定程度時電機可能會帶不動負載而停止轉動，也就是轉差s 在低速時嚴重影響到電機調速的精度。

通過電機學的原理可以知道，異步電機的機械特性在電磁轉矩(TL)最大轉矩(Tm)時，不同同步轉速下的機械特性近似為一組平行線[2]，也就是說為了產生同樣的電磁轉矩，在不同同步頻率下其速度降落基本相同，這就是轉差補償的出發點。當同步頻率為f0 時，輸出轉矩T0，速度降落為駐f，為了保證電機轉速f0，就要將同步頻率提高到f0+駐f。

轉差補償的目的是要提高電機的機械特性的硬度，要準確地進行轉差補償，就要知道轉差和電磁轉矩之間的函數關系。在恒Er / f1控制方式下，電機機械特性是直線，因此轉差與電磁轉矩成線性關系，也就是說，在保持轉子磁通幅值不變的條件下，電磁轉矩與轉差頻率成正比。在恒U1 / f1 控制和恒Eg / f1控制下，電磁轉矩與轉差頻率成非線性關系，但是在電磁轉矩(TL)比最大轉矩(Tm)小較多時，電磁轉矩與轉差頻率成近似線性關系，只是恒Eg / f1控制的近似線性段更長，而且，由于恒Eg / f1控制在各同步頻率下的最大轉矩(Tm)不變，因此，這種近似關系也不會隨同步頻率變化而變化。

因此，在補償定子電阻降落(IR 降)，從而保持Eg / f1恒定的情況下，通常可以采用與恒Er / f1控制方式下相同的線性補償方法。

采用這種線性補償方法，電磁轉矩距離最大轉矩越近，誤差越大。

4 電流限制控制

電流限制控制的目的是，使電機能發出某一最大轉矩，并且不論負載有多么重(甚至發生堵轉)，變頻器也不會跳閘，也就是實現挖土機特性。由于采用載波水平移相PWM 調制，18 個單元串聯的中壓變頻器的每個單元輸出功率平均分配，設每個單元的輸入功率為Pin，則總功率為

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