s
ASR
1
U
s
U
sa
电
PWM
U
sb
压 型
M
1
U
sc
逆 变
3~
器
FB S
图6-42 转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统结构原理图
• 控制原理
实现上述转差频率控制规律的转速闭环 变压变频调速系统结构原理图如图所示。
频率控制——转速调节器ASR的输出信号
是转差频率给定 s* ，与实测转速信号 相加，即得定子频率给定信号 1* ，即
上面分析所得的转差频率控制概念是在
转矩近似公式（6-61）上得到的，当s 较
大时，就得采用式（6-12）的精确转矩公 式，把这个转矩特性（即机械特性）
Te f (s )
画在下图，
Te
可以看出：
Temax Tem
0
sm smax
s
图6-40 按恒Φm值控制的 Te=f (s ) 特性
在s 较小的稳态运
1. 转差频率控制的基本概念
直流电机的转矩与电枢电流成正比，控 制电流就能控制转矩，因此，把直流双闭 环调速系统转速调节器的输出信号当作电 流给定信号，也就是转矩给定信号。
在交流异步电机中，影响转矩的因素较多， 控制异步电机转矩的问题也比较复杂。
按照第6.2.2节恒 Eg /1 控制（即恒 m 控
Us
Is (Rs
j1Lls )
Eg
Is (Rs
j1Lls
)
Eg
1
1
（6-65）
由此可见，要实现恒 Eg/1控制，须在 Us/1 = 恒值的基础上再提高电压 Us 以补
偿定子电流压降。
如果忽略电流相量相位变化的影响，不同
定子电流时恒 Eg/1 控制所需的电压-频率 特性 Us = f (1, Is) 如下图所示。
Us
Eg/1=Const.
Us /1=Const.
定子电流增大的趋势
O
1பைடு நூலகம்
图6-41 不同定子电流时恒控制所需的电压-频率特性
上述关系表明，只要 Us 和1及 Is 的关 系符合上图所示特性，就能保持 Eg/1 恒
定，也就是保持 m 恒定。这是转差频率 控制的基本规律之二。
总结起来，转差频率控制的规律是：
（1）在 s ≤ sm 的范围内，转矩 Te 基本上 与 s 成正比，条件是气隙磁通不变。
（2）在不同的定子电流值时，按上图的函
数关系 Us = f (1 , Is) 控制定子电压和频率
，就能保持气隙磁通m恒定。
3. 转差频率控制的变压变频调速系统 系统组成 控制原理 性能评价
•系统组成
Is
s* 1*
（6-66）
电压控制——由 1和定子电流反馈信号 Is 从微机存储的 Us = f (1 , Is) 函数中查得定 子电压给定信号 Us* ，用 Us* 和 1* 控制
PWM电压型逆变器，即得异步电机调速所
需的变压变频电源。
• 性能评价
式（6-66）所示的转差角频率 s*与实测转 速信号 相加后得到定子频率输入信号 1* 这
由此可见，转速闭环转差频率控制的交 流变压变频调速系统能够象直流电机双闭 环控制系统那样具有较好的静、动态性能， 是一个比较优越的控制策略，结构也不算 复杂。
然而，它的静、动态性能还不能完全达到 直流双闭环系统的水平，存在差距的原因 有以下几个方面：
行段上，转矩 Te基
本上与s 成正比，
当Te 达到其最大值
Temax 时，s 达到 smax值。
对于式（6-12），取 dTe / ds = 0 可得
smax
Rr' L'lr
Rr Llr
Te m ax
K mΦm 2 2L'lr
（6-62） （6-63）
在转差频率控制系统中，只要给s 限幅，
转速闭环转差频率控制的变压变频 调速系统设计指导
0. 问题的提出
转速开环变频调速系统可以满足平滑调 速的要求，但静、动态性能都有限，要提 高静、动态性能，首先要用转速反馈闭环 控制。转速闭环系统的静特性比开环系统 强，这是很明显的，但是，是否能够提高 系统的动态性能呢？还得进一步探讨一下。
• 电力传动的基本控制规律
制）时的电磁转矩公式（6-12）重写为
Te
3np
Eg
1
2
Rr'2
s1Rr'
s
2 2 1
L'l2r
（6-12）
将 Eg
4.44
f1 N s k NsΦ m
4.44
1
2π
NskNsΦm
1 2
1Ns
k
NsΦ
m
代入上式，得
Te
3 2
np Ns2kN2sΦm2
Rr'2
s1Rr'
s
2 2 1
L'l2r
（6-59）
一关系是转差频率控制系统突出的特点或优
点。它表明，在调速过程中，实际频率1随 着实际转速 同步地上升或下降，有如水涨
而船高，因此加、减速平滑而且稳定。
性能评价（续）
同时，由于在动态过程中转速调节器
ASR饱和，系统能用对应于 sm 的限幅转
矩Tem 进行控制，保证了在允许条件下的快 速性。
性能评价（续）
使其限幅值为
sm
smax
Rr Llr
（6-64）
就可以基本保持 Te与s 的正比关系，也就
可以用转差频率控制来代表转矩控制。这
是转差频率控制的基本规律之一。
上述规律是在保持m恒定的前提下才成 立的，于是问题又转化为，如何能保持m
恒定？我们知道，按恒 Eg/1 控制时可保
持m恒定。在上图的等效电路中可得：
式（6-61）表明，在s 值很小的稳态运
行范围内，如果能够保持气隙磁通m不变，
异步电机的转矩就近似与转差角频率s 成 正比。这就是说，在异步电机中控制s ，
就和直流电机中控制电流一样，能够达到
间接控制转矩的目的。
控制转差频率就代表控制转矩，这就 是转差频率控制的基本概念。
2. 基于异步电机稳态模型的转差频率控制规律
我们知道，任何电力拖动自动控制系统 都服从于基本运动方程式
Te
TL
J np
d
dt
提高调速系统动态性能主要依靠控制转速
的变化率 d / dt ，根据基本运动方程式，
控制电磁转矩就能控制 d / dt ，因此，归
根结底，调速系统的动态性能就是控制转
矩的能力。
在异步电机变压变频调速系统中，需
要控制的是电压（或电流）和频率，怎样 能够通过控制电压（电流）和频率来控制 电磁转矩，这是寻求提高动态性能时需要 解决的问题。
令 s = s1 ，并定义为转差角频率；
Km
3 2
np
Ns2k
2 Ns
，是电机的结构常数；
则
Te
KmΦm2
Rr'2
s Rr' (s L'lr )2
当电机稳态运行时，s 值很小，因而
s也很小，只有1的百分之几，可以认
为 s Llr' << Rr' ，则转矩可近似表示为
Te
KmΦm2
s
Rr'
（6-61）