变频调速系统转差频率控制的基本概念

    前节所述的转速开环变频调速系统可以满足一般平滑调速的要求，但静、动态性能都有限，要提高静、动态性能，首先要用转速反馈的闭环控制。转速闭环系统的静态特性比开环系统强，这是肯定无疑的，但是，怎样才能真正提高系统的动态性能呢？由电力拖动的运动方程式可知，变频调速系统的动态性能主要决定于转矩控制能力。对于直流电动机来说，其转矩与电流成正比，控制电流就能控制转矩，问题比较简单。因此，直流变频调速系统转速调节器的输出信号实际上就代表了转矩给定信号。而异步电动机变频调速系统中，需要控制的是电压（或电流）和频率。怎样才能通过控制电压（电流）和频率来控制电磁转矩呢？这是寻求一个高动态性能的变频调速系统时首先应该解决的问题。

    在交流异步电动机中，影响转矩的因素很多，按照电动机原理中的转矩公式

   (3-4)

    式中，

    可以看出，气隙磁通、转子电流、转子功率因数都影响转矩，而这些量又都和转速有关，所以控制交流异步电动机转矩的问题就复杂得多。如果能够在任何频率下都保持气隙磁通Φm不变，则最大转矩Temax也不变，显然能得到很好的稳态性能。

    现定义转差频率ωs：

   ωs-ω1-ω=sω1

式中，s为转差率；ω1为电动机旋转磁场频率；ω为与电动机转速对应的角频率。

    经推导表明，当s值在很小范围内，只要能保持Φm不变，则异步电动机的转矩就近似与ωs成正比。这就是说，在异步电动机中控制ωs，和在直流电动机中控制电流一样，能够达到间接控制转矩的目的。只要控制转差频率就能控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。

    总结起来，转差频率控制的规律是：

   (1)在ωw≤ωsm的范围内，转矩Te基本上与ωs成正比，条件是气隙磁通不变。

   (2)按图3-9的I1=f（ωs）函数关系控制定子电流，就能保持Φm恒定。I1=f（ωs）曲线可以通过运算放大器组合构成，使其输入信号为ωs，输出信号为I1；也可以通过单片机用软件处理信号，获得I1与ωs之间的特定函数关系。

    图3-9    保证Φm恒定的I1=f(ωs)函数曲线