[实用新型]解耦控制变频调速系统

说明书

本实用新型是交流电动机变频调速的一种新型控制器，适用于各种型式、各种容量的交流电机进行变频调速控制。

交流电机的调速方法主要有调压调速、串级调速、变频调速等。调压调速时由于同步转速与理想空载转速都不变，随着调速范围增大，转差率增加，此时电机的转差功率也成比例增大，且全都消耗在转子中，故损耗大、效率低，调速范围较小。串级调速时，同步转速不变，而理想空载转速变化，电机的转差功率与调压调速时相同，但此功率大部分可由晶闸管逆变装置反馈回交流电网，故效率较高，其中，次同步串级调速的调速范围有限，且只能单象限运行，无制动力矩；而四象限运行的超同步串级调速需附加相位可调的变频变压源，结构复杂，并且仅适用于绕线式异步电动机，在应用上有一定局限性。而变频调速时，同步转速与理想空载转速都改变，使整个调速范围内损耗的转差功率较小，可实现高效率、宽范围的调速性能，也可达到良好的动、静态指标，且能应用于面大量广、结构简单的鼠笼型异步电动机，因此交流电机的变频调速是调速方案中最优越的一种方式。

现有的变频调速已有多种方案，大功率晶体管（GTR）的变频逆变器适用于中小功率容量，晶闸管（SCR）与可关断晶闸管（GTO）的变频逆变器可适用于中大功率的容量。在用晶闸管作逆变器的变频调速系统中，简单的带电压负反馈的频率开环变频调速系统由于负载变化所引起的转差变化不能自动补偿，因此动静态性能差；转差控制变频调速系统和矢量变换变频调速系统虽能获得良好的运行性能，但控制系统的结构都较复杂。        相对而言，转差控制变频调速结构较矢量控制系统简单，但仍采用要求较高的函数发生器、转差调节器等环节，并且完全仿照直流电机按线性单变量系统设计和调试，故误差较大，调试较麻烦，性能不如矢量变换控制系统。如联邦德国SIEMENS公司的SIMOVERTA型6SC22等系列产品和英国BBC公司LWA，LWA－K系列产品就属于转差控制变频调速装置。矢量变换控制系统对磁通与定子电流的相位角都须检测、控制，因此调速系统的动静态性能可类似直流调速，但控制系统的软硬件结构都较复杂，成本较高，调试、维护麻烦，不利于普及推广。

本实用新型的目的是要提供一种简单、可靠、实用性强的解耦控制变频调速系统，其能在调节转速给定或负载变化时有效地保持磁通恒定，使系统的动静态性能达到直流调速系统水平。

本实用新型实现途径如下：从电流源型逆变器感应电动机（简称CSIM）系统的数学模型入手，以Rosenbrock多变量现代频域法为理论指导，以CAD为手段，将由晶闸管组成的交－直－交电流源型逆变器感应电动机（SIM）系统这一双输入双输出以及回路间严重交耦的多变量系统转化为两个单变量系统。其设计的基本步骤是：在传统的多变量系统的传递函数阵的基础上，经加入一预补偿器阵，使其变为对角优势矩阵，根据对角优势化原则确定对角优势器参数和预补偿器结构，并通过绘制对角元素的Nyquist轨迹及相应的Gershgorin带来检验其对角优势性及闭环系统的稳定性。本实用新型主要由动态补偿器、预补偿器和电流闭环回路、转差频率闭环回路及框架壳体组成。

本实用新型的构成框图如图1，图中符号意思如下：

DBC┈动态补偿器，        YBC┈预补偿器，

ST┈转速调节器，        DY┈对角优势器，

LF┈电流反馈环节，        ZCF┈整流触发电路，

HF┈环形分配器，        SF┈转速反馈环节，

CG┈磁通给定器，        LT┈电流调节器，

U／f┈电压频率变换器，        NCF┈逆变触发电路

动态补偿器由磁通给定器和转速调节器组成；预补偿器以对角优势器为主体组成。动态补偿器和预补偿器均采用运算放大器组成的模拟调节器来实现。系统中磁通和频率两输入量通过预补偿器进行解耦控制，即它们从预补偿器输入端起可看作两个独立的单变量系统，I′m与w′s相互间不直接影响，定子电流I₁和转差频率ws由于预补偿器的作用满足E／F协调变化的规律，保证实现恒磁通条件下恒转矩起制动。动态补偿器用以改善系统的动态性能。只要磁通给定不变，Img＝const，则不论转速、负载如何变化，变频调速电机的磁通保持恒定不变本实用新型提供的解耦变频调速系统调试时，整定好磁通给定Img，只须使其满足系统空载运行需要，在以后的调速过程中，无需再变动Img，只要调节频率给定wrg即可平滑调节被控制电机的速度。本实用新型可以组成如图一所示的不可逆运行解耦变频调速器，也可再加逻辑控制器组成可逆运行解耦变频调速装器，以满足不同情况的需要。