运算得到。上述三者之间的运算关系可以从异步电动机的等值电路推导取得。
(4) 频率环的组成及调节
为了保证在调速过程中确保频压比的恒定和频率的单独调整，变频调速系统设置频率环作为整个调节系统的内环。引入比例调节器(图5中a。)和积分调节器(图5中f)。通过调节比例调节器和积分调节器的各自反馈电阻值来分别改变频率环的比例系数和积分常数，使之能较好地满足系统过渡过程的要求。从整个频率环可以看出，频率运算器的输出作为频率给定，电流环的输出作为频率校正偏差，来自测速发电机的输出电压作为反馈信号经比例调节器综合运算，经积分器输出分别送往频率／电压鉴定器和带辅助逻辑电路的触发脉冲发生器，进而完成变频调速过程中电压、频率对磁通的协调控制。
6 变频调速系统的三闭环调节过程
为了使挖掘机的提升、推压和回转机构各自的过渡过程最短，生产率最高，必须要求电动机在起制动过程中有最大允许转矩，变频调速系统速度调节器的限幅值电压决定了电动机的最大允许转矩，共三个闭环调节过程就是围绕追求系统的最佳过渡过程展开的。
(1) 系统的起动过程分析
当系统起动、突加给定电压(对应于图5中n) 的瞬间，电动机转速为零，速度反馈电压也为零，使速度控制器的输入信号瞬时值很大，其输出很快饱和，达到限幅值。但由于电动机的机械惯性，它的转速不能突变，速度反馈电压的升高需要一定时间，从系统起动到电动机转速未达到给定速度前的这段时间内，速度控制器始终保持较大的输入偏差，迫使速度控制器的输出一直处于限幅值电压不变。虽然在这段起动时间内电动机的转速在上升，速度反馈电压也在上升，但速度控制器的输出电压却保持不变，这种非线性特性表明速度环相当于开环状态。
速度控制器的输出就是有功电流控制器的给定，起动过程中的速度控制器的限幅值电压也就是有功电流控制器的最大给定值。在有功电流控制器的比例积分作用下，其频率校正偏差δf也达到电压限幅值;与此同时，速度控制器的限幅值电压也输入频率计算器，经计算获得与给定转速n相对应的转子频率f2;考虑转子频率f2和定子频率f1有f1= f2/s关系，将f2与δf迭加后作为频率控制器的给定。频率控制器在比例积分作用下，使输出值f迅速上升，并通过f/u鉴定器和触发脉冲发生器在保持频压比不变的原则下电源频率得以上升。
在临界滑差以内，电动机电磁转矩和有功电流与转子频率f2成正比。当转子频率增加时，定子有功电流也随之增加。电动机起动，转速迅速上升。由于定子有功电流的负反馈作用，有功电流控制器的输入端偏差电压(由有功电流负反馈与电流给定比较后得到)使电动机定子电流迅速增加，直至增到定子有功电流的最大允值。许电动机电流由零上升到最大允许值所需时间很短，电动机的起动电流一直保持着等于最大允许值无大变化。电动机在最大容许电流作用下升速，随着电动机转速升高，频率反馈电压fn上升。虽然频率控制器的输入变小，但由于存在积分器的作用，只要还存在正输入，积分器就继续积分，频率上升并保持在与最大允许电流相对应的最大允许频率(fmax)上直至转速上升到给定转速为止。
当电动机转速上升到速度给定值时，速度控制器的输入为零，但它的输出却由于积分作用仍保持在限幅值上。所以电动机仍在最大允许电流下加速，使电动机的转速超过给定值，进而使速度控制器的输入端出现偏差。这负偏差迫使速度控制器退出饱和进入线性区。有功电流控制器的给定值相应减小，输入端也同样出现负偏差，其输出的δf相应减小，转于频率计算器的输出f2也相应减小，最终迫使频率控制器的输出f2下降，定子电流小于负载电流时，电动机制动，转速逐渐下降到给定值。此时速度控制器的输入偏差为零，电流控制器输入偏差为零，频率控制器的综合比较后的偏差也为零，其相应频率f不再下降，起动过程结束，电动机进入稳定运行状态。
(2) 突加负载的调节过程
系统在稳定运行中出现突加负载，电动机转矩小于负载转矩，电动机转速下降，速度控制器的输入出现正偏差，速度控制器输出电压增加，电流控制器的输出δf和转子频率计算器的输出f2相应增加，迫使频率控制器的输出f也升高，电动机有功电流和电磁转矩相应增加并超过负载电流，电动机重新回到给定转速;速度控制器、电流控制器和频率控制器的输入偏差分别减到零，系统进入新的稳定状态运行。值得指出的是:虽然在实加负载前后的电动机转速不变，均为给定转速，但由于负载突加后其负载电流相应增加，电源频率比突加负载前升高了，其升高部分就是对突加负载电流的补偿器的输入偏差分别减到零，系统进入新的稳定状态运行。值得指出的是:虽然在实加负载前后的电动机转速不变，均为给定转速，但由于负载突加后其负载电流相应增加，电源频率比突加负载前升高了，其升高部分就是对突加负载电流的补偿。
变频调速系统采用三闭环控制，在系统运行的不同阶段由不同的控制器调节;起动过程中速度控制器基本上处于开环状态，电流、频率两控制器起调节作用;突加负载时速度控制器起主要调节作用，而电流、频率两控制器只起辅助调节作用。外环、中环与内坏各司其职、相得益彰。
7 结束语
由于电铲作业的特殊性和对电气传动系统的苛刻要求，电铲电气传动的变频调速交流化是人们一直追求的目标。以395-b和295bⅱ型电铲为代表的交流变频调速系统与静态直流传动系统的速度转矩特性比较，具有明显的优势，是当今世界电铲电气传动发展的方向。对其消化、吸收、研究和借鉴是有重要现实意义的。
作者仅以此文对好友杜迪生先生的纪念！
参考文献
[1] 杜迪生，张永惠. 挖掘机电气传动及故障诊断. 北京:冶金工业出版社，1994
[2] 李发海，陈汤铭，郑逢时，张麟征，朱东起. 电机学(第二版). 北京:科学出版社，1991
作者简介
王玉华 女 高级工程师 长沙矿山研究院，主要从事变频调速开发及推广应用工作。
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