第十一-異步電動機(jī)的變頻調(diào)速課件

1、第十一章 異步電動機(jī)的變頻調(diào)速 2022/10/41第十一章 異步電動機(jī)的變頻調(diào)速 2022/10/31 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。 了解各類電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。 理解電機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。 掌握電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的分析方法和運(yùn)行性能。 理解電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時各種參數(shù)的物理意義，并 能熟練應(yīng)用等效電路和相量圖。 通過實(shí)驗(yàn)，掌握電機(jī)的基本實(shí)驗(yàn)方法和電機(jī) 使用的基本技能。 教學(xué)目的1.熟練掌握異步電動機(jī)變頻調(diào)速的控制特性和開環(huán)機(jī)械特性。2.掌握轉(zhuǎn)速開環(huán)PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理。理解轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想和系統(tǒng)構(gòu)成。3.熟練掌握矢量控制的基本思想。掌握坐標(biāo)變換的基本方程。3.掌握在不同坐標(biāo)系下異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型、

2、控制方程、等效電路、偽靜止繞組的基本概念。4.熟練掌握直接磁場定向矢量控制和間接磁場定向矢量控制的基本原理、空間矢量圖。熟練掌握直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)。 重 點(diǎn)1.異步機(jī)變頻調(diào)速控制特性。2.直接和間接磁場定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理。 難 點(diǎn)1.坐標(biāo)變換的基本概念。2.矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的物理概念。 2022/10/42 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。 教學(xué)目的1.熟練掌握異步電動機(jī)變頻變壓變頻調(diào)速是改變異步電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速隨頻率而變化2022/10/43變壓變頻調(diào)速是改變異步電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的基

3、本原理 第二節(jié) 電力電子變壓變頻器第三節(jié) 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)第四節(jié) 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)第五節(jié) 異步電動機(jī)坐標(biāo)變換第六節(jié) 異步電動機(jī)在正交坐標(biāo)系上的動態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/44教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本原理 2022第七節(jié) 異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 第八節(jié) 異步電動機(jī)按定子磁鏈控制的直接控制系統(tǒng) 2022/10/45第七節(jié) 異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 2022/異步電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 穩(wěn)態(tài)速降 隨負(fù)載大小變化 一、變壓變頻調(diào)速的基本原理11.1 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本原理2022/10/46異步電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 穩(wěn)態(tài)速

4、降 隨負(fù)載大小變化 一、變壓變頻只要控制好Eg和f1,便可控制氣隙磁通。氣隙磁通控制2022/10/47只要控制好Eg和f1,便可控制氣隙磁通。氣隙磁通控制2022當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須使 1. 基頻以下調(diào)速恒壓頻比的控制方式 由于，異步電動機(jī)繞組中的電動勢是難以直接檢測與控制的，當(dāng)電動勢值較高時，忽略定子電阻和漏感壓降，2022/10/48當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須使 1. 基頻以下調(diào)速恒壓頻比通常在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以供用戶選擇。a無補(bǔ)償 b帶定子電壓補(bǔ)償圖11-9 恒壓頻比控制特性低頻補(bǔ)償?shù)皖l時，定子電阻和漏感壓降所占的份量比較顯著，不能再忽略。人為地把定子電

5、壓抬高一些，以補(bǔ)償定子阻抗壓降。2022/10/49通常在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以供用戶選擇。圖11在基頻以上調(diào)速時，頻率從向上升高，保持額定電壓不變。使得異步電動機(jī)工作在弱磁狀態(tài)。2. 基頻以上調(diào)速2022/10/410在基頻以上調(diào)速時，頻率從向上升高，保持額定電壓不變。使得異步圖11-10 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性變壓變頻調(diào)速2022/10/411圖11-10 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性變壓變頻調(diào)速1. 基頻以下采用恒壓頻比控制 異步電動機(jī)機(jī)械特性方程式改寫為二、變壓變頻調(diào)速時的機(jī)械特性對于同一轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速降落基本不變2022/10/4121. 基頻以下采用恒壓頻比

6、控制二、變壓變頻調(diào)速時的機(jī)械特性對臨界轉(zhuǎn)矩 隨著頻率的降低而減小。 當(dāng)頻率較低時，電動機(jī)帶載能力減弱，采用低頻定子壓降補(bǔ)償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷海梢栽鰪?qiáng)帶載能力。轉(zhuǎn)差功率 與轉(zhuǎn)速無關(guān)，故稱作轉(zhuǎn)差功率不變型。2022/10/413臨界轉(zhuǎn)矩 隨著頻率的降低而減小。轉(zhuǎn)差功率 與轉(zhuǎn)速無關(guān)，故稱作電壓不能從額定值再向上提高，只能保持不變，機(jī)械特性方程式可寫成 臨界轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 2. 基頻以上調(diào)速2022/10/414電壓不能從額定值再向上提高，只能保持不變，機(jī)械特性方程式可寫臨界轉(zhuǎn)差率 當(dāng)s很小時，忽略上式分母中含s各項(xiàng) 或帶負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降落 對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，轉(zhuǎn)速降落越大。2022/10/41

7、5臨界轉(zhuǎn)差率 當(dāng)s很小時，忽略上式分母中含s各項(xiàng) 或帶負(fù)載轉(zhuǎn)差功率 帶恒功率負(fù)載運(yùn)行時轉(zhuǎn)差功率基本不變。2022/10/416轉(zhuǎn)差功率 帶恒功率負(fù)載運(yùn)行時轉(zhuǎn)差功率基本不變。2022/圖11-11 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性變壓變頻調(diào)速時的機(jī)械特性2022/10/417圖11-11 異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性變壓變頻調(diào)速時的圖11-12 異步電動機(jī)等值電路和感應(yīng)電動勢三、 基頻以下電壓補(bǔ)償控制2022/10/418圖11-12 異步電動機(jī)等值電路和感應(yīng)電動勢三、 基頻以氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢 定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢 轉(zhuǎn)子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢 三

8、種磁通2022/10/419氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢 定子全磁通在定子每相繞保持定子磁通恒定： 定子電動勢不好直接控制，能夠直接控制的只有定子電壓。補(bǔ)償定子電阻壓降，就能夠得到恒定子磁通。 常值1. 恒定子磁通控制2022/10/420保持定子磁通恒定： 定子電動勢不好直接控制，能夠忽略勵磁電流，轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 當(dāng)轉(zhuǎn)差率s相同時，采用恒定子磁通控制方式的電磁轉(zhuǎn)矩大于恒壓頻比控制方式。2022/10/421忽略勵磁電流，轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 當(dāng)轉(zhuǎn)差率s相同時，采用恒定子臨界轉(zhuǎn)差率 臨界轉(zhuǎn)矩 頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變 。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)矩均大于恒壓頻比控

9、制方式。2022/10/422臨界轉(zhuǎn)差率 臨界轉(zhuǎn)矩 頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒保持氣隙磁通恒定： 定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子漏抗壓降。 常值2. 恒氣隙磁通控制2022/10/423保持氣隙磁通恒定： 定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 臨界轉(zhuǎn)差率 臨界轉(zhuǎn)矩 與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機(jī)械特性更硬。 2022/10/424轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 臨界轉(zhuǎn)差率 臨界轉(zhuǎn)矩 與恒定子磁通控制方式保持轉(zhuǎn)子磁通恒定： 定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子和轉(zhuǎn)子漏抗壓降。 常值3. 恒轉(zhuǎn)子磁通控制2022/

10、10/425保持轉(zhuǎn)子磁通恒定： 定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 機(jī)械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。2022/10/426轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 機(jī)械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動圖11-13 異步電動機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性a）恒壓頻比控制b）恒定子磁通控制c）恒氣隙磁通控制 d）恒轉(zhuǎn)子磁通控制不同控制方式下的機(jī)械特性2022/10/427圖11-13 異步電動機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性a）恒壓恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低

11、速時需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。不同控制方式的比較恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵電動機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。返回目錄2022/10/428恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬圖11-14 變頻器結(jié)構(gòu)示意圖a）交-直-交變頻器b）交-交變頻器 11.2 電力電子變壓變頻器2022/10/429圖11-14 變頻器結(jié)構(gòu)示意圖a）交-直-交變頻器11.2現(xiàn)代變頻器中用得最

12、多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。基本思想是控制逆變器中電力電子器件的開通或關(guān)斷，輸出電壓為幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣的高頻脈沖序列代替期望的輸出電壓。一、 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)2022/10/430現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制（Pulse W以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse Width Modula

13、tion，簡稱SPWM）。二、 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)2022/10/431以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望圖11-17 三相PWM逆變器雙極性SPWM波形a) 三相正弦調(diào)制波與雙極性三角載波b）、c）、d）三相電壓e）輸出線電壓f）電動機(jī)相電壓2022/10/432圖11-17 三相PWM逆變器雙極性SPWM波形a) 普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分量，減少電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動，可以采用直接計(jì)算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。三、 消除指定諧波PWM(SHEPWM)圖11-18 變壓變頻器輸出的相電壓PWM波形2022/10/4

14、33普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分要消除第k次諧波分量，只須令基波幅值為所要求的電壓值2022/10/434要消除第k次諧波分量，只須令基波幅值為所要求的電壓值2022電流跟蹤PWM（CFPWM，Current Follow PWM）的控制方法是：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實(shí)際電流快速跟隨給定值。在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實(shí)際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。四、 電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)2022/10/435電流跟蹤PWM（CFPWM，Current Follow P圖11-19 電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖2022

15、/10/436圖11-19 電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖2022/10/圖11-20 電流滯環(huán)跟蹤控制時的三相電流波形與相電壓PWM波形電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高、響應(yīng)快，且易于實(shí)現(xiàn)。但功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。2022/10/437圖11-20 電流滯環(huán)跟蹤控制時的三相電流波形與相電壓PW把逆變器和交流電動機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制逆變器的工作，這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)的，所以又稱“電壓空間矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”。五、 電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)2022/10/

16、438把逆變器和交流電動機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制逆變 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量1. 空間矢量的定義2022/10/439 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量1. 空間以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值 在三相平衡正弦電壓供電時，若電動機(jī)轉(zhuǎn)速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的空間矢量的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。2022/10/440以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值 在三相平衡正 合成空間矢量表示的定子電壓方程式 忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為或2. 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系2

17、022/10/441 合成空間矢量表示的定子電壓方程式 忽略定子電阻壓降，定子當(dāng)電動機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時，電動機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動軌跡呈圓形（簡稱為磁鏈圓）。定子磁鏈?zhǔn)噶慷ㄗ与妷菏噶?022/10/442當(dāng)電動機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時，電動機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其圖11-22 旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運(yùn)動軌跡圖11-23 電壓矢量圓軌跡2022/10/443圖11-22 旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運(yùn)動軌跡圖11-233. PWM逆變器基本輸出電壓矢量8個基本空間矢量2個零矢量6個有效工作矢量2個零矢量2022/10/4443. PWM逆變器基本輸出電

18、壓矢量8個基本空間矢量2個零矢量圖11-24 基本電壓空間矢量圖基本電壓空間矢量圖2022/10/445圖11-24 基本電壓空間矢量圖基本電壓空間矢量圖2022k=1,2,3,4,5,6 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽?定子磁鏈?zhǔn)噶窟\(yùn)動方向與電壓矢量相同。4. 正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場2022/10/446k=1,2,3,4,5,6 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽?定子磁鏈?zhǔn)笀D11-26 正六邊形定子磁鏈軌跡定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動軌跡為 2022/10/447圖11-26 正六邊形定子磁鏈軌跡定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動軌跡為 在基頻以下調(diào)速時，應(yīng)保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。 若直流側(cè)電壓恒定，則1越小時， t越大，勢必導(dǎo)致

19、增大。 在變頻的同時必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控制的復(fù)雜性。2022/10/448 在基頻以下調(diào)速時，應(yīng)保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。增大 有效的方法是插入零矢量有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速度的矛盾。 當(dāng)零矢量作用時，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽勘砻鞫ㄗ哟沛準(zhǔn)噶客Ａ舨粍印?2022/10/449 有效的方法是插入零矢量有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速 有效工作矢量作用時間 零矢量作用時間 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?022/10/450 有效工作矢量作用時間 零矢量作用時間 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?在直流電壓不變的條件下，要保持 輸出頻率越低，t越大，零矢量作用時間t0也越大，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留

20、的時間越長。恒定，只要使t1為常數(shù)即可。2022/10/451 在直流電壓不變的條件下，要保持 輸出頻率越低，t越大，零按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個有效工作矢量合成期望的輸出矢量。5. 期望電壓空間矢量的合成基本思想 按6個有效工作矢量將電壓矢量空間分為對稱的六個扇區(qū)，每個扇區(qū)對應(yīng)2022/10/452按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個有效工作矢量合成圖11-27 電壓空間矢量的6個扇區(qū)2022/10/453圖11-27 電壓空間矢量的6個扇區(qū)2022/10/353 在一個開關(guān)周期 T0圖11-28 期望輸出電壓矢量的合成的作用時間 的作用時間 合成電壓矢量2022/

21、10/454 在一個開關(guān)周期 T0圖11-28 期望輸出電壓矢量的合成 由正弦定理可得解得 零矢量的作用時間 2022/10/455 由正弦定理可得解得 零矢量的作用時間 2022/10/3 兩個基本矢量作用時間之和應(yīng)滿足當(dāng) 輸出電壓矢量最大幅值 2022/10/456 兩個基本矢量作用時間之和應(yīng)滿足當(dāng) 輸出電壓矢量最大幅值 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量幅值 基波相電壓最大幅值 SPWM的基波線電壓最大幅值為 兩者之比 基波相電壓最大幅值 基波線電壓最大幅值 2022/10/457 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時，三相合成矢量幅值 基波通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則，

22、來安排基本矢量和零矢量的作用順序，一般在減少開關(guān)次數(shù)的同時，盡量使PWM輸出波型對稱，以減少諧波分量。 6. SVPWM的實(shí)現(xiàn)2022/10/458通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則，來安排基本矢量和零矢量圖11-29 零矢量集中的SVPWM實(shí)現(xiàn)(1) 零矢量集中的實(shí)現(xiàn)方法2022/10/459圖11-29 零矢量集中的SVPWM實(shí)現(xiàn)(1) 零矢量集中圖11-30 零矢量分布的SVPWM實(shí)現(xiàn)(2) 零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法2022/10/460圖11-30 零矢量分布的SVPWM實(shí)現(xiàn)(2) 零矢量分散 在每個小區(qū)間內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛閳D11-31 期望的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 非基本電壓矢量，必須

23、用兩個基本矢量合成。7. SVPWM控制的定子磁鏈2022/10/461 在每個小區(qū)間內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛閳D11-31 期望的定 為了產(chǎn)生 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?2022/10/462 為了產(chǎn)生 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?2022/10/362圖11-32定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動的7步軌跡7步完成的定子磁鏈2022/10/463圖11-32定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動的7步軌跡7步完成的定子磁鏈2圖11-33 N=4時，實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 弧度內(nèi)實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 2022/10/464圖11-33 N=4時，實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 圖11-34 定子旋轉(zhuǎn)磁鏈?zhǔn)噶寇壽E返回目錄 弧度內(nèi)實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶?/p>

24、軌跡 2022/10/465圖11-34 定子旋轉(zhuǎn)磁鏈?zhǔn)噶寇壽E返回目錄 由于系統(tǒng)本身沒有自動限制起制動電流的作用，頻率設(shè)定必須通過給定積分算法產(chǎn)生平緩的升速或降速信號，11.3 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2022/10/466由于系統(tǒng)本身沒有自動限制起制動電流的作用，頻率設(shè)定必須通過給 電壓/頻率特性 當(dāng)實(shí)際頻率大于或等于額定頻率時，只能保持額定電壓不變。而當(dāng)實(shí)際頻率小于額定頻率時，一般是帶低頻補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制。2022/10/467 電壓/頻率特性 當(dāng)實(shí)際頻率大于或等于額定頻率時，只能保持額圖11-40 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2022/10/468圖11-40 轉(zhuǎn)速

25、開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2022/1圖11-41 數(shù)字控制通用變頻器-異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件原理圖系統(tǒng)硬件包括： 主電路、驅(qū)動電路、微機(jī)控制電路、信號采集與故障綜合電路。2. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)返回目錄2022/10/469圖11-41 數(shù)字控制通用變頻器-異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件原11.4 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)1. 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想及規(guī)律轉(zhuǎn)差角頻率 轉(zhuǎn)差率s較小，轉(zhuǎn)矩可近似表示 2022/10/47011.4 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)1. 轉(zhuǎn)差頻 臨界轉(zhuǎn)差 最大轉(zhuǎn)矩（臨界轉(zhuǎn)矩）在保持氣隙磁通不變的前提下，可以通過控制轉(zhuǎn)差角頻率來控制轉(zhuǎn)矩。 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想

26、2022/10/471 臨界轉(zhuǎn)差 最大轉(zhuǎn)矩（臨界轉(zhuǎn)矩）在保持氣隙磁通不變的前提下圖11-42 恒氣隙磁通控制的機(jī)械特性 用轉(zhuǎn)差頻率來控制轉(zhuǎn)矩。2022/10/472圖11-42 恒氣隙磁通控制的機(jī)械特性 用轉(zhuǎn)差頻率來控制 保持氣隙磁通恒定圖11-43 定子電壓補(bǔ)償控制的電壓頻率特性高頻時，近似呈線性；低頻時，呈非線性。2022/10/473 保持氣隙磁通恒定圖11-43 定子電壓補(bǔ)償控制的電壓頻 轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變，且 在不同的定子電流值時，按定子電壓補(bǔ)償控制的電壓頻率特性關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。 轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律2022/10/474 轉(zhuǎn)矩

27、基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變，且 在不同圖11-44 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖2. 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能分析2022/10/475圖11-44 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原圖11-45 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性(1) 起動過程起動過程可分為轉(zhuǎn)矩上升、恒轉(zhuǎn)矩升速與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個階段。2022/10/476圖11-45 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)速下降，正反饋內(nèi)環(huán)的作用使定子電壓頻率下降，但在外環(huán)的作用下，給定轉(zhuǎn)差頻率上升，定子電壓頻率上升，電磁轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速回升，到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)。

28、(2) 加載過程2022/10/477在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)速下降，正反饋內(nèi)環(huán)的作用使定子電壓頻率下 轉(zhuǎn)差角頻率與實(shí)測轉(zhuǎn)速相加后得到定子頻率。在調(diào)速過程中，實(shí)際頻率隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速同步地上升或下降，加、減速平滑。 在動態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)以對應(yīng)于最大轉(zhuǎn)差頻率的最大轉(zhuǎn)矩起、制動，并限制了最大電流，保證了在允許條件下的快速性。 返回目錄3. 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的特點(diǎn)2022/10/478 轉(zhuǎn)差角頻率與實(shí)測轉(zhuǎn)速相加后得到定子頻率。在調(diào)速過程中，實(shí)際圖11-1 三相異步電動機(jī)的物理模型ABCuAuBuC1uaubucabc異步電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。一、 異步電

29、動機(jī)的三相數(shù)學(xué)模型11.5 異步電動機(jī)坐標(biāo)變換2022/10/479圖11-1 三相異步電動機(jī)的物理模型ABCuAuBuC1磁鏈方程1. 異步電動機(jī)三相動態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式2022/10/480磁鏈方程1. 異步電動機(jī)三相動態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式2022/1磁鏈方程，用分塊矩陣表示 式中2022/10/481磁鏈方程，用分塊矩陣表示 式中2022/10/381定子電感矩陣轉(zhuǎn)子電感矩陣電感矩陣2022/10/482定子電感矩陣轉(zhuǎn)子電感矩陣電感矩陣2022/10/382定、轉(zhuǎn)子互感矩陣變參數(shù)、非線性、時變 2022/10/483定、轉(zhuǎn)子互感矩陣變參數(shù)、非線性、時變 2022/10/383三相繞組電壓平

30、衡方程 2022/10/484三相繞組電壓平衡方程 2022/10/384將電壓方程寫成矩陣形式 2022/10/485將電壓方程寫成矩陣形式 2022/10/385把磁鏈方程代入電壓方程，得 電流變化引起的脈變電動勢，或稱變壓器電動勢定、轉(zhuǎn)子相對位置變化產(chǎn)生的與轉(zhuǎn)速成正比的旋轉(zhuǎn)電動勢 2022/10/486把磁鏈方程代入電壓方程，得 電流變化引起的脈變電動勢，或稱變（11-18） 轉(zhuǎn)矩方程的三相坐標(biāo)系形式2022/10/487（11-18） 轉(zhuǎn)矩方程的三相坐標(biāo)系形式 在一般情況下，電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式是 （6-19） 電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，D = 0 ， K = 0 ，則2

31、022/10/488 在一般情況下，電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式是 （6-19三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型2022/10/489三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型2022/10/389上述方程組也可以寫成狀態(tài)方程形式把上述的數(shù)學(xué)模型用結(jié)構(gòu)圖表示出來，如下圖所示2022/10/490上述方程組也可以寫成狀態(tài)方程形式把上述的數(shù)學(xué)模型用結(jié)構(gòu)圖表示 異步電機(jī)的多變量非線性動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 (R+Lp)-1L1( )2( )1eruiTeTL npJp2022/10/491 異步電機(jī)的多變量非線性動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 (R+Lp)-1L1(可以證明：異步電動機(jī)三相數(shù)學(xué)模型中存在一定的約束條件2. 異步電動機(jī)三相原始模型的性質(zhì)非線性強(qiáng)耦合性非

32、線性變參數(shù)完全可以而且也有必要用兩相模型代替。2022/10/492可以證明：異步電動機(jī)三相數(shù)學(xué)模型中存在一定的約束條件2. 異圖11-2 二極直流電動機(jī)的物理模型F勵磁繞組 A電樞繞組 C補(bǔ)償繞組二、 坐標(biāo)變換1. 坐標(biāo)變換的基本思路2022/10/493圖11-2 二極直流電動機(jī)的物理模型二、 坐標(biāo)變換1. 坐當(dāng)電刷位于磁極的中性線上時，電樞磁動勢的軸線始終被電刷限定在q軸位置上，其效果好象一個在q軸上靜止的繞組一樣。但它實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)的，會切割d軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動勢，把這種等效的靜止繞組稱作“偽靜止繞組”。偽靜止繞組2022/10/494當(dāng)電刷位于磁極的中性線上時，電樞磁動勢的軸線始終

33、被電刷限定在如果能將交流電動機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電動機(jī)的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標(biāo)變換的基本思路在交流電動機(jī)三相對稱的靜止繞組A、B、C中，通以三相平衡的正弦電流，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。2022/10/495如果能將交流電動機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電動機(jī)的模式三相變量中只有兩相為獨(dú)立變量，完全可以也應(yīng)該消去一相。所以，三相繞組可以用相互獨(dú)立的兩相正交對稱繞組等效代替，等效的原則是產(chǎn)生的磁動勢相等。2022/10/496三相變量中只有兩相為獨(dú)立變量，完全可以也應(yīng)該消去一相。202兩相繞組，通以兩相平

34、衡交流電流，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。當(dāng)三相繞組和兩相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速都相等時，即認(rèn)為兩相繞組與三相繞組等效。三相繞組A、B、C和兩相繞組之間的變換，稱作三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系間的變換，簡稱3/2變換。2. 三相-兩相變換（3/2變換）2022/10/497兩相繞組，通以兩相平衡交流電流，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。2. 三圖11-3 三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系物理模型 2022/10/498圖11-3 三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系物理模型 2022/10圖11-5 三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系中的磁動勢矢量2022/10/499圖11-5 三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系中的磁動勢矢量202按照磁動勢相等

35、的等效原則，三相合成磁動勢與兩相合成磁動勢相等。 寫成矩陣形式 按照變換前后總功率不變，匝數(shù)比為 2022/10/4100按照磁動勢相等的等效原則，三相合成磁動勢與兩相合成磁動勢相等三相坐標(biāo)系變換到兩相正交坐標(biāo)系的變換矩陣 2022/10/4101三相坐標(biāo)系變換到兩相正交坐標(biāo)系的變換矩陣 2022/10/3兩相正交坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系（簡稱2/3變換）的變換矩陣 2022/10/4102兩相正交坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系（簡稱2/3變換）的變換矩陣 考慮到 也可以寫作 電壓變換陣和磁鏈變換陣與電流變換陣相同 2022/10/4103考慮到 也可以寫作 電壓變換陣和磁鏈變換陣與電流變換陣相同 兩個

36、匝數(shù)相等相互正交的繞組d、q，分別通以直流電流，產(chǎn)生合成磁動勢F，其位置相對于繞組來說是固定的。如果人為地讓包含兩個繞組在內(nèi)的鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，磁動勢F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來，成為旋轉(zhuǎn)磁動勢。如果旋轉(zhuǎn)磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速與固定的交流繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢相等，那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組都等效了。3. 靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）2022/10/4104兩個匝數(shù)相等相互正交的繞組d、q，分別通以直流電流，產(chǎn)生合成當(dāng)觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時，在他看來，d和q是兩個通入直流而相互垂直的靜止繞組。如果控制磁通的空間位置在d軸上，就和直流電動機(jī)物理模型沒有本質(zhì)上的

37、區(qū)別了。繞組d相當(dāng)于勵磁繞組，q相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組。從靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系dq的變換，稱作靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換，簡稱2s/2r變換。2022/10/4105當(dāng)觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時，在他看來，d和q是兩個圖11-4 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的物理模型2022/10/4106圖11-4 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的物理模型2圖11-6 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的磁動勢矢量2022/10/4107圖11-6 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的磁動勢矢旋轉(zhuǎn)正交變換靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換陣 2022/10/4108旋轉(zhuǎn)

38、正交變換靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換陣 20旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換陣 電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣與電流旋轉(zhuǎn)變換陣相同 返回目錄2022/10/4109旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換陣 電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)異步電動機(jī)定子繞組是靜止的，只要進(jìn)行3/2變換就行了。轉(zhuǎn)子繞組是旋轉(zhuǎn)的，必須通過3/2變換和旋轉(zhuǎn)到靜止的變換，才能變換到靜止兩相正交坐標(biāo)系。一、靜止兩相正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型6.6 異步電動機(jī)在正交坐標(biāo)系上的動態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4110異步電動機(jī)定子繞組是靜止的，只要進(jìn)行3/2變換就行了。一、靜圖11-7 定子、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換1

39、. 定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/4111圖11-7 定子、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換1.電壓方程定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/4112電壓方程定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/311磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/4113磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10與三相原始模型相比，3/2變換減少了狀態(tài)變量的維數(shù)，簡化了定子和轉(zhuǎn)子的自感矩陣。定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/4114與三相原始模型相比，3/2變換減少了狀態(tài)變量的維數(shù)，簡化了定對轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系作旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相

40、正交坐標(biāo)系的變換，使其與定子坐標(biāo)系重合，且保持靜止。用靜止的兩相轉(zhuǎn)子正交繞組等效代替原先轉(zhuǎn)動的兩相繞組。2. 靜止兩相正交坐標(biāo)系中的矩陣方程2022/10/4115對轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系作旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換，使其電壓方程靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程2022/10/4116電壓方程靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程2022/10/3116磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程2022/10/4117磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程2022/10/3旋轉(zhuǎn)變換改變了定、轉(zhuǎn)子繞組間的耦合關(guān)系，將相對運(yùn)動的定、轉(zhuǎn)子繞組用相對靜止的等效繞組來代替，消除了定、轉(zhuǎn)子繞組間夾角對磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響

41、。旋轉(zhuǎn)變換的優(yōu)點(diǎn)在于將非線性變參數(shù)的磁鏈方程轉(zhuǎn)化為線性定常的方程，但卻加劇了電壓方程中的非線性耦合程度，將矛盾從磁鏈方程轉(zhuǎn)移到電壓方程中來了，并沒有改變對象的非線性耦合性質(zhì)。2022/10/4118旋轉(zhuǎn)變換改變了定、轉(zhuǎn)子繞組間的耦合關(guān)系，將相對運(yùn)動的定、轉(zhuǎn)子圖11-8 定子 、轉(zhuǎn)子 坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換a）定子 、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 b）旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4119圖11-8 定子 、轉(zhuǎn)子 坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換二、定子旋轉(zhuǎn)變換陣 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變換陣 二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4120定子旋轉(zhuǎn)變換陣 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變換陣 二、旋轉(zhuǎn)

42、正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)電壓方程二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4121電壓方程二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/3磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4122磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/兩相旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的電壓方程中旋轉(zhuǎn)電勢非線性耦合作用更為嚴(yán)重，這是因?yàn)椴粌H對轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)變換，對定子繞組也施行了相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的優(yōu)點(diǎn)在于增加了一個輸入量1，提高了系統(tǒng)控制的自由度。旋轉(zhuǎn)速度任意的正交坐標(biāo)系無實(shí)際使用意義，常用的是同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將繞組中的交流量變?yōu)橹绷髁浚员隳M直流電動機(jī)進(jìn)行控制。

43、 返回目錄2022/10/4123兩相旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的電壓方程中旋轉(zhuǎn)電勢非線性耦合作用更為嚴(yán)重按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想通過坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動機(jī)模型。仿照直流電動機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對應(yīng)量，以實(shí)施控制。11.7 異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)2022/10/4124按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想11.7 異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子磁由于變換的是矢量，所以這樣的坐標(biāo)變換也可稱作矢量變換，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為矢量控制（Vector Control 簡稱VC）系統(tǒng)。2022/10/

44、4125由于變換的是矢量，所以這樣的坐標(biāo)變換也可稱作矢量變換，相應(yīng)的將靜止正交坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量寫成復(fù)數(shù)形式旋轉(zhuǎn)正交dq坐標(biāo)系的一個特例是與轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。令d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?，稱作按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系，簡稱mt坐標(biāo)系。一、 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程1. mt坐標(biāo)系2022/10/4126將靜止正交坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量寫成復(fù)數(shù)形式一、 按轉(zhuǎn)子圖11-17 靜止正交坐標(biāo)系與按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系2022/10/4127圖11-17 靜止正交坐標(biāo)系與按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾蠟榱吮ＷCm軸與轉(zhuǎn)子磁

45、鏈?zhǔn)噶渴冀K重合，還必須使 2022/10/4128m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?022/10/3128狀態(tài)方程 2. mt坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程 2022/10/4129狀態(tài)方程 2. mt坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程 2022/10/3由 導(dǎo)出mt坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度mt坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差定義為轉(zhuǎn)差角頻率 2022/10/4130由 導(dǎo)出mt坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度mt坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速mt坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 定子電流勵磁分量 定子電流轉(zhuǎn)矩分量 3. 定子電流的解耦2022/10/4131mt坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 定子電流勵磁分量 定子電流轉(zhuǎn)矩通過按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分解為勵磁分量和

46、轉(zhuǎn)矩分量，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積，實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個分量的解耦。在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型與直流電動機(jī)動態(tài)模型相當(dāng)。 2022/10/4132通過按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分解為勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，轉(zhuǎn)子按轉(zhuǎn)子磁鏈定向僅僅實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個分量的解耦，電流的微分方程中仍存在非線性和交叉耦合。采用電流閉環(huán)控制，可有效抑制這一現(xiàn)象，使實(shí)際電流快速跟隨給定值。二、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想2022/10/4133按轉(zhuǎn)子磁鏈定向僅僅實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個分量的解耦，電流的微分方圖11-19 異步電動機(jī)矢量變換及等效

47、直流電動機(jī)模型2022/10/4134圖11-19 異步電動機(jī)矢量變換及等效直流電動機(jī)模型2022圖11-20 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖2022/10/4135圖11-20 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖2022/10/313圖6-21 簡化后的等效直流調(diào)速系統(tǒng)2022/10/4136圖6-21 簡化后的等效直流調(diào)速系統(tǒng)2022/10/313矢量控制系統(tǒng)就相當(dāng)于直流調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜、動態(tài)性能上可以與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。2022/10/4137矢量控制系統(tǒng)就相當(dāng)于直流調(diào)速系統(tǒng)。2022/10/3137圖11-22 電流閉環(huán)控制后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的電流閉環(huán)控

48、制方式2022/10/4138圖11-22 電流閉環(huán)控制后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向常用的電流閉環(huán)控制有兩種方法：1. 將定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量給定值施行2/3變換，得到三相電流給定值，采用電流滯環(huán)控制型PWM變頻器，在三相定子坐標(biāo)系中完成電流閉環(huán)控制。電流閉環(huán)控制2. 將檢測到的三相電流施行3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換，得到mt坐標(biāo)系中的電流反饋值，采用PI調(diào)節(jié)軟件構(gòu)成電流閉環(huán)控制，電流調(diào)節(jié)器的輸出為mt坐標(biāo)系中定子電壓給定值。反旋轉(zhuǎn)變換得到靜止兩相坐標(biāo)系的定子電壓給定值，再經(jīng)SVPWM控制逆變器輸出三相電壓。2022/10/4139常用的電流閉環(huán)控制有兩種方法：電流閉環(huán)控制2. 將檢測到的

49、三圖11-23 三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2022/10/4140圖11-23 三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2022圖11-24 定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2022/10/4141圖11-24 定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量閉環(huán)控制的矢量控制為了改善動態(tài)性能，可以采用轉(zhuǎn)矩控制方式。常用的轉(zhuǎn)矩控制方式有兩種：轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制和在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出增加除法環(huán)節(jié)。四、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制方式2022/10/4142為了改善動態(tài)性能，可以采用轉(zhuǎn)矩控制方式。四、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢圖11-25 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1. 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制2022/10/

50、4143圖11-25 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1. 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控圖6-26 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖2022/10/4144圖6-26 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖2022/10/圖11-27 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2. 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)2022/10/4145圖11-27 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2. 帶除法環(huán)圖6-28 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖 用除法環(huán)節(jié)消去對象中固有的乘法環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的動態(tài)解耦。2022/10/4146圖6-28 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖 用除法環(huán)節(jié)消利用容易測得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號，借助于轉(zhuǎn)子磁鏈模型，

51、實(shí)時計(jì)算磁鏈的幅值與空間位置。在計(jì)算模型中，由于主要實(shí)測信號的不同，又分為電流模型和電壓模型兩種。五、 轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算2022/10/4147利用容易測得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號，借助于轉(zhuǎn)子磁鏈模型，實(shí)根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型叫做電流模型。在坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 1. 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/10/4148根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型圖11-29 在坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/10/4149圖11-29 在坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/在mt坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 2022/10/41

52、50在mt坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 2022/10/315圖11-30 在mt坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/10/4151圖11-30 在mt坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/1上述兩種計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型都需要實(shí)測的電流和轉(zhuǎn)速信號，不論轉(zhuǎn)速高低時都能適用。受電動機(jī)參數(shù)變化的影響。電動機(jī)溫升和頻率變化都會影響轉(zhuǎn)子電阻，磁飽和程度將影響電感。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與位置信號失真，而反饋信號的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低，這是電流模型的不足之處。2022/10/4152上述兩種計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型都需要實(shí)測的電流和轉(zhuǎn)速信號，不 根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動勢等于磁鏈變化率

53、的關(guān)系，取電動勢的積分就可以得到磁鏈。 在坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型 2. 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型2022/10/4153 根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動勢等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動勢的積圖11-31 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型2022/10/4154圖11-31 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型2022/10/315 電壓模型包含純積分項(xiàng)，積分的初始值和累積誤差都影響計(jì)算結(jié)果，在低速時，定子電阻壓降變化的影響也較大。 電壓模型更適合于中、高速范圍，而電流模型能適應(yīng)低速。有時為了提高準(zhǔn)確度，把兩種模型結(jié)合起來。2022/10/4155 電壓模型包含純積分項(xiàng)，積分的初始值和累積誤差都影響計(jì)算結(jié)果 矢量控制系統(tǒng)中

54、，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和位置信號均由磁鏈模型計(jì)算獲得，受到電動機(jī)參數(shù)變化的影響，造成控制的不準(zhǔn)確性。 采用磁鏈開環(huán)的控制方式，無需轉(zhuǎn)子磁鏈幅值，但對于矢量變換而言，仍然需要轉(zhuǎn)子磁鏈的位置信號，轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算仍然不可避免。 利用給定值間接計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的位置，可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種方法稱為間接定向。六、磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)間接定向2022/10/4156 矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和位置信號均由磁鏈模型計(jì)算獲得圖11-32 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)2022/10/4157圖11-32 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)2022/10/3 該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：1. 用定子電流轉(zhuǎn)矩分量和轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率

55、給定信號將轉(zhuǎn)差頻率給定信號加上實(shí)際轉(zhuǎn)速，得到坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度，經(jīng)積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生矢量變換角。2022/10/4158 該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：將轉(zhuǎn)差頻率給定信號加上實(shí)際轉(zhuǎn)速，得到2. 定子電流勵磁分量給定信號和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號之間的關(guān)系是靠式建立的，比例微分環(huán)節(jié)在動態(tài)中獲得強(qiáng)迫勵磁效應(yīng)，從而克服實(shí)際磁通的滯后。2022/10/41592. 定子電流勵磁分量給定信號和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號之間的關(guān)系是 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和電流轉(zhuǎn)矩分量給定信號確定，沒有用磁鏈模型實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接的磁場定向。 矢量控制方程中包含電動機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)，定向精度仍受參數(shù)變化的影響，磁鏈和電

56、流轉(zhuǎn)矩分量給定值與實(shí)際值存在差異，將影響系統(tǒng)的性能。2022/10/4160 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場定向由磁鏈和電流轉(zhuǎn)矩分量給1. 矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)了定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，需要電流閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)子磁鏈系統(tǒng)的控制對象是穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可以閉環(huán)控制，也可以開環(huán)控制。采用連續(xù)的PI控制，轉(zhuǎn)矩與磁鏈變化平穩(wěn)，電流閉環(huán)控制可有效地限制起、制動電流。七、矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與存在的問題2022/10/41611. 矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)七、矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與存在的問題22. 矢量控制系統(tǒng)存在的問題 轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算精度受易于變化的轉(zhuǎn)子電阻的影響，轉(zhuǎn)子磁鏈的角度精度影響定向

57、的準(zhǔn)確性。需要進(jìn)行矢量變換，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)算量大。返回目錄2022/10/41622. 矢量控制系統(tǒng)存在的問題返回目錄2022/10/3162基本思想是根據(jù)定子磁鏈幅值偏差的正負(fù)符號和電磁轉(zhuǎn)矩偏差的正負(fù)符號，再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢茫苯舆x取合適的電壓空間矢量，減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉(zhuǎn)矩的偏差，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制。6.8 異步電動機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)2022/10/4163基本思想6.8 異步電動機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)2 使d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?一、定子電壓矢量對定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用 電磁轉(zhuǎn)矩 定子磁鏈?zhǔn)噶康男D(zhuǎn)角速度 1. 按定子

58、磁鏈控制的模型2022/10/4164 使d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?一、定子電壓矢量對定子磁鏈與電磁圖11-36 d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?022/10/4165圖11-36 d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?022/10/316考慮到 按定子磁鏈控制的動態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率2022/10/4166考慮到 按定子磁鏈控制的動態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率2022/10/3 將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq按定子磁鏈定向，把電壓矢量沿dq軸分解。 d軸分量決定了定子磁鏈幅值的增減。 q軸分量決定定子磁鏈?zhǔn)噶康男D(zhuǎn)角速度，從而決定轉(zhuǎn)差頻率和電磁轉(zhuǎn)矩。2022/10/4167 將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq按定子磁鏈定向，把電壓矢量沿dq軸分解。2 兩電平PWM逆變器可輸出8個空間電壓矢量，6個有效工作矢