電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)第十章現(xiàn)代交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)

電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)第十章現(xiàn)代交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)第一頁，共151頁。第一節(jié)矢量控制技術(shù)一．坐標(biāo)變換對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)，無論是繞線式還是鼠籠式，其轉(zhuǎn)子都可以等效成三相繞線轉(zhuǎn)子，并折算到定子側(cè)，折算后的定子和轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等。這樣，三相異步電動(dòng)機(jī)就等效為圖10.1所示的的物理模型。第二頁，共151頁。第一節(jié)矢量控制技術(shù)圖10.1三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型

第三頁，共151頁。異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程組成，這些方程都是非線性的。所以，三相異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為高階、多變量、強(qiáng)耦合的非線性方程，要對(duì)其進(jìn)行分析和求解，十分困難。必須設(shè)法進(jìn)行簡化，方法就是進(jìn)行坐標(biāo)變換。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第四頁，共151頁。

1．坐標(biāo)變換的思路

圖10.2直流電動(dòng)機(jī)的物理模型F—?jiǎng)?lì)磁繞組A—電樞繞組第一節(jié)矢量控制技術(shù)勵(lì)磁繞組電樞繞組“偽靜止繞組”第五頁，共151頁。(a)三相交流繞組

(b)兩相交流繞組

圖10.3等效的交流電動(dòng)機(jī)繞組和直流電動(dòng)機(jī)繞組物理模型

第一節(jié)矢量控制技術(shù)不同電動(dòng)機(jī)模型相互等效的前提是，在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)完全相等。第六頁，共151頁。(c)旋轉(zhuǎn)的直流繞組

圖10.3等效的交流電動(dòng)機(jī)繞組和直流電動(dòng)機(jī)繞組物理模型

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第七頁，共151頁。當(dāng)觀察者在地面上看，d、q兩個(gè)繞組是與三相交流繞組等效的旋轉(zhuǎn)直流繞組；如果在旋轉(zhuǎn)著的鐵心上看，它們確實(shí)是一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的物理模型。這樣，通過坐標(biāo)變換，就可以找到與三相交流電機(jī)等效的直流電動(dòng)機(jī)模型。而三相對(duì)稱交流電、、與兩相對(duì)稱交流電和及直流電和之間的等效轉(zhuǎn)換關(guān)系，就是坐標(biāo)變換要解決的問題。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第八頁，共151頁。2．三相—兩相變換

在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組α、β之間的變換，或三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換，簡稱3/2變換。圖10.4三相和兩相坐標(biāo)系

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第九頁，共151頁。三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的電流變換矩陣為

根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)相等的原則，可以得到三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的電流關(guān)系為

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第十頁，共151頁。兩相坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系的電流變換矩陣為

可以證明，電壓變換矩陣和磁鏈變換矩陣均等于電流變換矩陣。

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第十一頁，共151頁。3．兩相靜止—兩相旋轉(zhuǎn)變換

圖10.3b和圖10.3c中，從兩相靜止坐標(biāo)系α、β到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d、q的變換稱為兩相靜止—兩相旋轉(zhuǎn)變換。把兩個(gè)坐標(biāo)系畫在一起如圖10.5所示。

圖10.5兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系第一節(jié)矢量控制技術(shù)第十二頁，共151頁。根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)相等的原則，兩個(gè)坐標(biāo)系下電流的變換關(guān)系為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換關(guān)系也與電流變換關(guān)系相同。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第十三頁，共151頁。在圖10.5中，設(shè)矢量和d軸的夾角為。已知、，求解，，就是直角坐標(biāo)—極坐標(biāo)變換，簡稱K/P變換。其變換式為4．直角坐標(biāo)—極坐標(biāo)變換

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第十四頁，共151頁。當(dāng)在之間變化時(shí)，tan()的變化范圍是0~∞，這個(gè)變化幅度太大，在數(shù)字變換器中很容易溢出，因此常改用下列方式來表示值上式可用來作為的變換式。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第十五頁，共151頁。第一節(jié)矢量控制技術(shù)圖10.6異步電動(dòng)機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq上的物理模型

垂直的兩相繞組之間沒有磁路上的耦合二．三相異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型第十六頁，共151頁。(10.1)第一節(jié)矢量控制技術(shù)

1．異步電動(dòng)機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型

兩相坐標(biāo)系可以是靜止的，也可以是旋轉(zhuǎn)的。不失一般性，考慮任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系(d-q坐標(biāo)系)。

(1)磁鏈方程第十七頁，共151頁。矩陣形式為：

式中，為d-q坐標(biāo)系定子與轉(zhuǎn)子同一軸線繞組間的互感；為d-q坐標(biāo)系定子繞組的自感；為d-q坐標(biāo)系轉(zhuǎn)子繞組的自感。(10.2)第一節(jié)矢量控制技術(shù)第十八頁，共151頁。(10.3)第一節(jié)矢量控制技術(shù)

(2)電壓方程

d-q坐標(biāo)系上的電壓平衡方程式如下(10.4)第十九頁，共151頁。將上式展開，可得(10.5)第一節(jié)矢量控制技術(shù)第二十頁，共151頁。(3)轉(zhuǎn)矩方程式中，為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。

(4)運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程與坐標(biāo)變換無關(guān)。其中,為電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度。(10.7)(10.6)第一節(jié)矢量控制技術(shù)第二十一頁，共151頁。2．異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型

當(dāng)d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)速等于零時(shí)，就得到了在靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。當(dāng)時(shí)，，即轉(zhuǎn)子角轉(zhuǎn)速的負(fù)值。將式(10.4)的下標(biāo)d、q改為、，則電壓矩陣方程為(10.8)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第二十二頁，共151頁。將式(10.2)的下標(biāo)d、q改為、，則磁鏈方程為

利用兩相旋轉(zhuǎn)變換陣可得(10.9)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第二十三頁，共151頁。代入式(10.6)即得到坐標(biāo)上的電磁轉(zhuǎn)矩式(10.7)~(10.10)就構(gòu)成了坐標(biāo)系上的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型。(10.10)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第二十四頁，共151頁。3．異步電動(dòng)機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型

坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)速度等于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步角轉(zhuǎn)速，d-q軸相對(duì)于轉(zhuǎn)子的角轉(zhuǎn)速為即轉(zhuǎn)差。代入式(10.4)，即得同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓方程第一節(jié)矢量控制技術(shù)(10.11)

磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程均不變。第二十五頁，共151頁。對(duì)于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，有，。由于鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是短路的，則。則電壓方程為(10.12)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)三．三相異步電動(dòng)機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的狀態(tài)方程第二十六頁，共151頁。由式(10.1)可得代入轉(zhuǎn)矩公式(10.6)，得(10.13)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第二十七頁，共151頁。將式(10.1)代入式(10.12)，消去、、、，再將式(10.13)代入運(yùn)動(dòng)方程式，整理后可得狀態(tài)方程(10.14)

(10.15)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第二十八頁，共151頁。(10.16)

(10.17)

(10.18)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第二十九頁，共151頁。為轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù)，。

式中，為漏磁系數(shù)，；在式(10.14)~(10.18)的狀態(tài)方程中，狀態(tài)變量為輸入變量為第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十頁，共151頁。1．矢量控制系統(tǒng)的基本思路

四．基于轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)由前面的分析可知，在產(chǎn)生同樣旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的前提下，三相靜止坐標(biāo)系下的三相對(duì)稱交流電、、通過三相-兩相變換可以等效為兩相靜止坐標(biāo)系下的兩相對(duì)稱交流電和再通過同步旋轉(zhuǎn)變換，可以等效為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流和。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十一頁，共151頁。如果觀察者站在鐵心上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn)，他所看到的便是直流電動(dòng)機(jī)。通過控制，可使交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈就是等效直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁鏈。如果把d軸選在的方向，稱為M軸，把q軸稱為T軸，則M軸上的繞組相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組，其勵(lì)磁電流為；T軸上的繞組相當(dāng)于電樞繞組，電樞電流為，電磁轉(zhuǎn)矩與成正比。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十二頁，共151頁。圖10.7異步電動(dòng)機(jī)的坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖3/2——三相-兩相變換VR——同步旋轉(zhuǎn)變換——M軸與軸的夾角第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十三頁，共151頁。既然異步電動(dòng)機(jī)可以等效為直流電動(dòng)機(jī)，那么，采用直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，得到直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，變換為異步電動(dòng)機(jī)的控制量，就可以控制異步電動(dòng)機(jī)。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流空間矢量，所以這種通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)稱為矢量控制系統(tǒng)(VectorControlSystem)，簡稱VC系統(tǒng)。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十四頁，共151頁。圖10.8矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十五頁，共151頁。圖10.9等效的直流調(diào)速系統(tǒng)第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十六頁，共151頁。2.按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用在進(jìn)行兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換時(shí)，取d軸沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较颍Q為M軸；q軸為逆時(shí)針轉(zhuǎn)90°，即垂直于矢量的方向，稱為T軸。這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系稱為M-T坐標(biāo)系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。當(dāng)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)，有第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十七頁，共151頁。代入轉(zhuǎn)矩方程(10.13)和狀態(tài)方程(10.14)~(10.18)中，并用m，t替代d、q，可得(10.19)

(10.20)

(10.21)

(10.22)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十八頁，共151頁。由于，式(10.22)蛻化為代數(shù)方程，將它整理后可得轉(zhuǎn)差公式(10.23)

(10.24)

(10.25)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第三十九頁，共151頁。這使?fàn)顟B(tài)方程又降低了一階。由式(10.21)可得則或(10.26)

(10.27)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第四十頁，共151頁。圖10.10異步電動(dòng)機(jī)矢量變換與電流解耦數(shù)學(xué)模型式(10.26)或式(10.27)、式(10.7)、式(10.25)和式(10.19)構(gòu)成矢量控制基本方程式，按照這組基本方程式可將異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型畫成圖10.10的形式。第一節(jié)矢量控制技術(shù)兩個(gè)子系統(tǒng)并未解耦第四十一頁，共151頁。圖10.11帶除法環(huán)節(jié)的解耦矢量控制系統(tǒng)第一節(jié)矢量控制技術(shù)

按照?qǐng)D10.8的矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖，設(shè)置磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器分別控制和，如圖10.11所示。第四十二頁，共151頁。圖10.12兩個(gè)等效的線性子系統(tǒng)第一節(jié)矢量控制技術(shù)帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)可以看成是兩個(gè)獨(dú)立的線性子系統(tǒng)，如圖10.12中的磁鏈模型。第四十三頁，共151頁。3.轉(zhuǎn)子磁鏈模型

要實(shí)現(xiàn)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)，關(guān)鍵是要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)，以供磁鏈反饋及除法環(huán)節(jié)的需要。但直接準(zhǔn)確地檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈非常困難，常采用間接計(jì)算的方法，即利用易于檢測(cè)的一些物理量，如電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號(hào)，通過轉(zhuǎn)子磁鏈模型，實(shí)時(shí)對(duì)磁鏈進(jìn)行計(jì)算。由于主要實(shí)測(cè)信號(hào)的不同，分為電流模型和電壓模型兩種。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第四十四頁，共151頁。（1）轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型根據(jù)磁鏈方程來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型稱為電流模型。電流模型可以在不同的坐標(biāo)系上獲得，下面推導(dǎo)在兩相靜止坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型。由實(shí)測(cè)的三相定子電流通過3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流和，再根據(jù)式(10.9)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈在軸上的分量為第一節(jié)矢量控制技術(shù)第四十五頁，共151頁。則(10.31)

(10.30)

(10.29)

(10.28)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第四十六頁，共151頁。在式(10.8)的第3、4行中．令，得將式(10.30)~式(10.31)代入上式，得(10.32)

(10.33)

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第四十七頁，共151頁。按式(10.32)和式(10.33)構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈分量的計(jì)算框圖如圖10.13所示。有了和，要計(jì)算的幅值和相位就很容易了。圖10.13兩相靜止坐標(biāo)系上轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型第一節(jié)矢量控制技術(shù)第四十八頁，共151頁。圖10.13所示的模型適合于模擬控制，用運(yùn)算放大器和乘法器就可以實(shí)現(xiàn)。采用微機(jī)數(shù)字控制時(shí)，由于與之間有交叉反饋關(guān)系，離散計(jì)算時(shí)有可能不收斂。不如采用下述第二種模型。下面是在按磁場(chǎng)定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型。

第一節(jié)矢量控制技術(shù)第四十九頁，共151頁。圖10.14按轉(zhuǎn)子磁鏈定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系磁鏈的電流模型第一節(jié)矢量控制技術(shù)第五十頁，共151頁。和第一種模型相比，這種模型更適合于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算，比較準(zhǔn)確，易收斂。上述兩種計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型都需要實(shí)測(cè)的電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)，不論轉(zhuǎn)速高低都能適用，但都易受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第五十一頁，共151頁。（2）轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動(dòng)勢(shì)的積分就可以得到磁鏈，這樣的模型稱為電壓模型。在靜止兩相坐標(biāo)，由式(10.8)可得第一節(jié)矢量控制技術(shù)再用式(10.30)和式(10.31)把和代入，整理后得第五十二頁，共151頁。第一節(jié)矢量控制技術(shù)(10.35)

(10.34)

將漏磁系數(shù)代入式中，并對(duì)等式兩邊積分，即得轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型第五十三頁，共151頁。按式(10.34)、式(10.35)構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型如圖10.15所示。圖10.15轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型第一節(jié)矢量控制技術(shù)第五十四頁，共151頁。與電流模型相比，電壓模型受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響較小，而且算法簡單，便于應(yīng)用。但是，由于電壓模型包含積分項(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(shí)，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，而電流模型則適應(yīng)低速。有時(shí)為了提高準(zhǔn)確度，把兩種模型結(jié)合起來，在低速時(shí)采用電流模型，在中、高速時(shí)采用電壓模型。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第五十五頁，共151頁。4．轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)圖10.11中的電流控制變頻器可以采用電流滯環(huán)跟蹤控制PWM變頻器，如圖10.16所示；也可采用帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器，如圖10.17所示。轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)又稱直接矢量控制系統(tǒng)。第一節(jié)矢量控制技術(shù)第五十六頁，共151頁。圖10.16電流滯環(huán)跟蹤控制PWM變頻器第一節(jié)矢量控制技術(shù)第五十七頁，共151頁。圖10.17帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器第一節(jié)矢量控制技術(shù)第五十八頁，共151頁。第一節(jié)矢量控制技術(shù)另外一種提高轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)解耦性能的辦法是在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)增設(shè)轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，如圖10.18所示。轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)之所以有助于解耦，是因?yàn)榇沛湆?duì)控制對(duì)象的影響相當(dāng)于一種擾動(dòng)作用，轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)可以抑制這個(gè)擾動(dòng)，從而改進(jìn)了轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，使它少受磁鏈變化的影響。第五十九頁，共151頁。圖10.18帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)ASR—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器AψR(shí)—磁鏈調(diào)節(jié)器ATR—轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器FBS—測(cè)速反饋環(huán)節(jié)第一節(jié)矢量控制技術(shù)第六十頁，共151頁。一．電機(jī)數(shù)學(xué)模型第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制圖10.19為正弦波電機(jī)的等效電路圖10.19等效電路為定子電壓；為定子電流；為轉(zhuǎn)子等效電壓；為轉(zhuǎn)子等效電流。第六十一頁，共151頁。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制參考坐標(biāo)系位于定子繞組，且正交，即坐標(biāo)系，電機(jī)的電壓方程為(10.36)

(10.37)

轉(zhuǎn)子磁鏈磁鏈方程：其中，定子磁鏈(10.38)

(10.39)

第六十二頁，共151頁。電壓方程和磁鏈方程也可寫成矩陣形式：電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為：(10.40)

(10.41)

(10.42)

第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第六十三頁，共151頁。由（10.38）式：可得：(10.43)

第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第六十四頁，共151頁。代入（10.42）式(10.45)

(10.44)

第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第六十五頁，共151頁。也可寫成如下形式：(10.46)

由上式可知，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩變化取決于定子磁鏈、轉(zhuǎn)子等效勵(lì)磁電流及它們之間的夾角，由于電機(jī)為永磁式，故等效勵(lì)磁電流恒定，為充分利用電機(jī)，應(yīng)保持定子磁鏈幅值為額定值，因此對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的直接控制可通過調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第六十六頁，共151頁。二．空間電壓矢量法三相正弦波無刷電機(jī)采用DC/AC三相橋式逆變器驅(qū)動(dòng)時(shí)，其功率電路拓?fù)淙鐖D10.20所示。圖10.20三相橋式逆變器第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第六十七頁，共151頁。設(shè)每一橋臂工作模式代表一位二進(jìn)制數(shù)，且上管導(dǎo)通記作“1”，下管導(dǎo)通記作“0”，則三相橋式逆變器工作模式可用三位二進(jìn)制數(shù)來表示，其八種工作模態(tài)分別是：000→001→010→011→100→101→110→111。000和111分別是三個(gè)橋臂下管全通和三個(gè)橋臂上管全通，這兩種模態(tài)均使電機(jī)三相繞組短接于一點(diǎn)，相當(dāng)于繞組上電壓為0，故稱零電壓模態(tài)。其余六個(gè)模態(tài)，都會(huì)使電機(jī)繞組上得到電壓，為有效工作模態(tài)。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第六十八頁，共151頁。圖10.21001和010兩模態(tài)工作圖第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制、、導(dǎo)通、、導(dǎo)通第六十九頁，共151頁。圖10.22001和010兩模態(tài)合成電壓矢量圖第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第七十頁，共151頁。依此類推，就可得到其余模態(tài)電壓矢量，畫在一起就得三相橋式逆變器全部六個(gè)有效電壓矢量，如圖10.23（a）所示。圖10.23有效電壓矢量和磁鏈?zhǔn)噶繄D第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第七十一頁，共151頁。圖10.23（a）中，電壓矢量的空間位置分別與三相定子繞組的軸線重合，各矢量模相等，即，同一軸上的兩個(gè)矢量方向相反，這六個(gè)空間電壓矢量常稱為六步運(yùn)行方式。設(shè)一個(gè)周期為T，則在輸出電壓一個(gè)周期內(nèi)，每個(gè)電壓矢量作用時(shí)間為T/6。根據(jù)以上六個(gè)基本矢量形成的導(dǎo)通關(guān)系，可以得到電機(jī)三相繞組相電壓波形和線電壓波形如圖10.24所示。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第七十二頁，共151頁。圖10.24六步運(yùn)行時(shí)逆變器輸出到電機(jī)上相電壓與線電壓波形圖第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制三相對(duì)稱方波三相對(duì)稱階梯波第七十三頁，共151頁。從圖10.23(a)可知，三相橋式逆變器只能獲得六個(gè)有效電壓矢量，其磁鏈軌跡為正六邊形，與圓形磁鏈軌跡相去甚遠(yuǎn)。同時(shí)從圖10.24也知，電機(jī)供電的相電壓波形為六級(jí)階梯波，也與正弦波相差較大，其中含有大量諧波。因此必須對(duì)三相橋式逆變器控制方法進(jìn)行改造，方可得到優(yōu)良的調(diào)速性能。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第七十四頁，共151頁。由式（10.36）及（10.38）經(jīng)變換可得：（10.47）

（10.48）

第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第七十五頁，共151頁。忽略定子電阻壓降，那么：在時(shí)間內(nèi)，U為恒矢量，則，可見，磁鏈也是一組空間矢量，其方向與所作用的電壓空間矢量相同，模為。（10.49）

第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第七十六頁，共151頁。由此可知：第一，定子磁鏈空間矢量頂點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向平行于電壓空間矢量的方向（前提是定子電阻壓降相對(duì)于定子電壓可以忽略）；第二，六個(gè)電壓空間矢量順序出現(xiàn)，定子磁鏈的運(yùn)動(dòng)軌跡也將依次沿著六邊形的邊運(yùn)動(dòng)，形成正六邊形磁鏈；第三，正六邊形的六條邊代表著磁鏈空間矢量一個(gè)周期的運(yùn)行軌跡。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第七十七頁，共151頁。一個(gè)周期內(nèi)六個(gè)基本磁鏈構(gòu)成正六邊形，如圖10.23（b）所示。這就是三相橋式逆變器作六步運(yùn)行時(shí)的磁鏈軌跡。直接利用逆變器的六種工作開關(guān)狀態(tài)，得到六邊形的磁鏈軌跡以控制電動(dòng)機(jī)，是直接轉(zhuǎn)矩法控制電機(jī)的基本思想第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第七十八頁，共151頁。返回圖10.23有效電壓矢量和磁鏈?zhǔn)噶繄D第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第七十九頁，共151頁。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，基本控制方法就是通過電壓空間矢量來調(diào)節(jié)定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，使定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度，從而改變磁通角的大小，以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。由式（10.46）可知，可通過改變磁通角（定子磁鏈與轉(zhuǎn)子等效勵(lì)磁電流之間的夾角）來三．電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第八十頁，共151頁。若時(shí)段，定子電壓空間矢量為（110），則定子磁鏈空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖10.25所示。圖10.25定子磁鏈空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制定子磁鏈空間矢量轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量位置第八十一頁，共151頁。1．轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器采用施密特觸發(fā)器，其容差可調(diào)，結(jié)構(gòu)如圖10.26所示。其中和分別為轉(zhuǎn)矩給定值和反饋值，KT為調(diào)節(jié)器輸出的兩狀態(tài)轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號(hào)。圖10.26兩點(diǎn)式轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第八十二頁，共151頁。圖10.27轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)過程第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第八十三頁，共151頁。2．逆變器頻率根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩公式和磁鏈變化容差，可得轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)頻率當(dāng)時(shí)，脈動(dòng)頻率達(dá)到最大值：（10.50）第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制該脈動(dòng)頻率決定了逆變器開關(guān)頻率。第八十四頁，共151頁。3．正/反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的快速性，采用正/反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器以控制定子磁鏈的正/反向旋轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器相同。完整的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器是由兩點(diǎn)式轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和正/反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器構(gòu)成，如圖10.28所示。需要加速調(diào)節(jié)過程時(shí)，正/反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器才參加調(diào)節(jié)。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第八十五頁，共151頁。圖10.28轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第八十六頁，共151頁。磁鏈自控制的目的是，在電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，識(shí)別磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡的區(qū)段，給出正確的磁鏈開關(guān)信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的電壓空間矢量，控制磁鏈按六邊形運(yùn)動(dòng)軌跡旋轉(zhuǎn)。四．磁鏈自控制第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制分析定子旋轉(zhuǎn)磁鏈空間矢量在三相坐標(biāo)系、、（如圖10.29所示）軸上投影，可得到三個(gè)相差120°相位的梯形波，如圖10.30（a）所示。第八十七頁，共151頁。圖10.29三相坐標(biāo)系第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第八十八頁，共151頁。圖10.30磁鏈及控制開關(guān)信號(hào)第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第八十九頁，共151頁。采用三個(gè)施密特觸發(fā)器，其容差為，為六邊形中心到六條邊的垂直距離所代表的磁鏈值，也稱為給定值。將給定值分別與磁鏈分量、、進(jìn)行比較，得到磁鏈開關(guān)信號(hào)、和，由前述磁鏈開關(guān)信號(hào)可得到電壓開關(guān)信號(hào)、和，其相互關(guān)系為：第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十頁，共151頁。由定子磁鏈在三相坐標(biāo)系投影得到分量，通過磁鏈給定比較器比較，得到電壓狀態(tài)信號(hào)，以控制逆變器輸出電壓，得到所需要的六邊形磁鏈。稱為磁鏈自控制過程。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十一頁，共151頁。直接轉(zhuǎn)矩控制的基本方法就是通過空間電壓矢量對(duì)定子磁鏈進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制。因此，需要對(duì)磁鏈進(jìn)行觀測(cè)。根據(jù)式（10.48）五．磁鏈觀測(cè)模型第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十二頁，共151頁?？梢缘玫阶詈唵蔚亩ㄗ哟沛溎Ｐ停Y(jié)構(gòu)圖如下：圖10.31定子磁鏈Ⅰ第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十三頁，共151頁。在該模型中，只需知道定子電阻，且定子電壓、電流易于檢測(cè)，就可以很方便地計(jì)算出定子磁鏈，從而得到電磁轉(zhuǎn)矩。從式（10.48）可以看出，取決于定子電壓與定子繞組電阻壓降的差值。當(dāng)電機(jī)低速時(shí)，差值很小，就難以反映真實(shí)的定子磁鏈。因此上述模型在較高轉(zhuǎn)速下，結(jié)構(gòu)簡單，精度較高。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十四頁，共151頁。下面推導(dǎo)適合低速運(yùn)行的定子磁鏈模型。根據(jù)式（10.38）：將實(shí)部和虛部分離可得：（10.51）（10.52）第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十五頁，共151頁。根據(jù)上兩式，可得到定子磁鏈模型圖10.32定子磁鏈模型Ⅱ第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十六頁，共151頁。根據(jù)式（10.36）可得到定子電壓與定子電流的關(guān)系：定子電流的兩個(gè)分量為：（10.53）（10.54）第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十七頁，共151頁。電流和電壓關(guān)系可用下述結(jié)構(gòu)圖表示：圖10.33定子電壓、電流模型第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十八頁，共151頁。電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，由于定子電阻壓降的影響，定子磁鏈將減小。為使磁鏈幅值基本恒定，需進(jìn)行磁鏈閉環(huán)調(diào)節(jié)。通過給出一個(gè)定子電壓空間矢量，以增強(qiáng)定子磁鏈，確保其幅值在允差內(nèi)變化。磁鏈閉環(huán)調(diào)節(jié)部分包括調(diào)節(jié)器和幅值檢測(cè)器兩部分。

六、磁鏈閉環(huán)第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第九十九頁，共151頁。1．磁鏈調(diào)節(jié)器其結(jié)構(gòu)如圖10.34所示，仍為施密持觸發(fā)器，可進(jìn)行幅值的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)，輸入信號(hào)為磁鏈給定值和磁鏈反饋值，輸出值為磁鏈量開關(guān)信號(hào)，調(diào)節(jié)器的允差為。圖10.34磁鏈調(diào)節(jié)器第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第一百頁，共151頁。本文把主要作用是增加定子磁鏈幅值的定子電壓矢量稱為磁鏈電壓。根據(jù)六邊形電壓矢量和磁鏈?zhǔn)噶康奶攸c(diǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速方向一定的條件下，只有兩個(gè)電壓空間矢量能增大磁鏈，即與磁鏈運(yùn)動(dòng)軌跡成―60°和―120°的電壓空間矢量。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第一百零一頁，共151頁。圖10.35磁鏈調(diào)節(jié)第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制圖10.35表示了磁鏈軌跡在段的調(diào)節(jié)過程。點(diǎn)A和D為段上的任意兩點(diǎn)。第一百零二頁，共151頁。、、磁鏈各分量幅值2．磁鏈幅值檢測(cè)單元對(duì)于六邊形磁鏈，磁鏈的三個(gè)分量對(duì)稱，其幅值為：式中，定子磁鏈幅值對(duì)于圓形磁鏈，定子磁鏈幅值為第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第一百零三頁，共151頁。由前面介紹的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)、磁鏈自控制和磁鏈閉環(huán)，可知：轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的直接控制；磁鏈自控制產(chǎn)生磁鏈開關(guān)信號(hào)，以控制磁鏈按六邊形運(yùn)動(dòng)軌跡正確地旋轉(zhuǎn)；磁鏈閉環(huán)提供磁鏈量開關(guān)信號(hào)，保證磁鏈幅值恒定。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制七、電壓狀態(tài)選擇開關(guān)信號(hào)綜合單元就是把上述三種開關(guān)信號(hào)和正/反轉(zhuǎn)信號(hào)、零電壓狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行綜合處理，以實(shí)現(xiàn)正確的電壓選擇。第一百零四頁，共151頁。開關(guān)信號(hào)綜合單元的工作過程是：磁鏈自控單元發(fā)出磁鏈開關(guān)信號(hào)確定區(qū)段電壓，使定子磁鏈沿六邊形軌跡旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號(hào)控制區(qū)段電壓。當(dāng)接通時(shí)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩加大；不接通時(shí)，定子磁鏈靜止，轉(zhuǎn)矩下降。在保證轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的前提下，若磁鏈減小，則磁鏈量開關(guān)信號(hào)接通磁鏈電壓，使磁鏈增加，實(shí)現(xiàn)在沿六邊形軌跡運(yùn)動(dòng)的過程中，既調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，又調(diào)節(jié)磁鏈。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第一百零五頁，共151頁。定子磁鏈空間矢量的運(yùn)動(dòng)方向由電壓空間矢量的方向決定。而逆變器只有六種工作電壓狀態(tài)，即六個(gè)工作電壓空間矢量，所以磁鏈只能在這六個(gè)方向上運(yùn)行。要想使磁鏈在任意方向上運(yùn)行，只能通過多個(gè)電壓空間矢量的不同組合來實(shí)現(xiàn)。八、多電壓空間矢量組合第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第一百零六頁，共151頁。六邊形磁鏈軌跡的控制策略，只需兩種電壓狀態(tài)，工作電壓狀態(tài)和零電壓狀態(tài)，采用兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)方式即可實(shí)現(xiàn)。若在某一邊上改變定子磁鏈方向，則須增加該邊上電壓狀態(tài)的種類，通過電壓空間矢量的不同組合，實(shí)現(xiàn)所需的調(diào)節(jié)。只要每個(gè)邊上電壓狀態(tài)數(shù)量足夠多，用多個(gè)電壓空間矢量的組合，就可實(shí)現(xiàn)近似圓形磁鏈軌跡的運(yùn)行方式。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第一百零七頁，共151頁。圖10.36四種電壓狀態(tài)第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制圖10.36畫出了在邊上定子磁鏈的四個(gè)有意義的方向和電壓狀態(tài)，分別是：矢量1、矢量2、矢量3、矢量4。第一百零八頁，共151頁。矢量1沿著邊指向磁鏈旋轉(zhuǎn)的正方向，稱為0°電壓矢量，對(duì)應(yīng)電壓空間矢量(011)；矢量2較矢量1超前60°，稱為+60°電壓矢量，對(duì)應(yīng)電壓空間矢量(010)；矢量3較矢量1滯后60°，稱為－60°電壓矢量，對(duì)應(yīng)電壓空間矢量(001)；矢量4較矢量1落后120°，稱為－120°電壓矢量，對(duì)應(yīng)電壓空間矢量(101)。第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制第一百零九頁，共151頁。圖10.37不同的電壓狀態(tài)(a)六邊形磁鏈(b)圓形磁鏈第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制在圖10.37中，畫出了在六邊形和圓形磁鏈軌跡兩種情況下，四種電壓空間矢量如何對(duì)定子磁鏈的大小、方向和角度產(chǎn)生影響的。第一百一十頁，共151頁。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)由八個(gè)單元構(gòu)成，如圖10.38所示。九、正弦波無刷電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制第二節(jié)直接轉(zhuǎn)矩控制圖10.38直接轉(zhuǎn)矩控制框圖第一百一十一頁，共151頁。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速繞線式異步電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的起動(dòng)和調(diào)速方法是在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)電阻，這種調(diào)速方法屬于有級(jí)調(diào)速，平滑性不夠好，且效率較低。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，由變頻器和繞線式異步電動(dòng)機(jī)組成的雙饋調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速效果好，應(yīng)用越來越廣泛。第一百一十二頁，共151頁。所謂雙饋，指的就是繞線式異步電動(dòng)機(jī)定子繞組接交流電網(wǎng)，而轉(zhuǎn)子繞組接可調(diào)節(jié)的對(duì)稱附加電源（其電壓幅值、頻率和相位可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)），使它們可以進(jìn)行電功率的相互傳遞。至于電功率是饋入定子繞組或轉(zhuǎn)子繞組，還是由定子繞組或轉(zhuǎn)子繞組饋出，則取決于電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百一十三頁，共151頁。式中，是轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子有功電流為一．雙饋調(diào)速原理簡單起見，忽略轉(zhuǎn)子漏電抗，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定的條件下，轉(zhuǎn)子有功電流應(yīng)為常數(shù)，即常數(shù)第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百一十四頁，共151頁。圖10.39轉(zhuǎn)子回路接三相對(duì)稱附加電壓當(dāng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路接三相對(duì)稱附加電源時(shí)，電路原理如圖10.39所示。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百一十五頁，共151頁。根據(jù)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的相位關(guān)系，分為以下幾種情況：(1)與同相位(2)與反相(3)與相位差第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百一十六頁，共151頁。②當(dāng)時(shí)，轉(zhuǎn)差率，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，如圖10.40(2)所示。③當(dāng)時(shí)，轉(zhuǎn)差率，電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，如圖10.40(3)所示。(1)與同相位（分成三種情況）①當(dāng)時(shí)，由于與同相位，使轉(zhuǎn)子回路電流增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)子升速，達(dá)到新的轉(zhuǎn)差，且，使。相量圖如圖10.40(1)所示。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百一十七頁，共151頁。圖10.40繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子附加電壓與同相位第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百一十八頁，共151頁。由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)子電流也不變，即：轉(zhuǎn)差率為當(dāng)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，接近于零，很小，可忽略。即使電機(jī)空載運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)，可以把電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到高于同步轉(zhuǎn)速。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百一十九頁，共151頁。(2)與反相圖10.41繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子附加電壓與反相第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百二十頁，共151頁。由于與反相，使轉(zhuǎn)子回路電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩隨之減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降。隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)差率增大到時(shí)，使，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新達(dá)到平衡。電機(jī)在新的轉(zhuǎn)差率下運(yùn)行，，轉(zhuǎn)速下降。由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)子電流也不變，即：第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百二十一頁，共151頁。轉(zhuǎn)差率當(dāng)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，接近于零，轉(zhuǎn)差率值很小，可忽略?？蛰d轉(zhuǎn)差率為即使電機(jī)空載運(yùn)行，通過調(diào)節(jié)也能進(jìn)行調(diào)速。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百二十二頁，共151頁。(3)與相位差第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速圖10.42(1)附加電壓與相差

相量圖如圖10.42(1)所示，忽略轉(zhuǎn)子漏電抗，則轉(zhuǎn)子電流與同相。將轉(zhuǎn)子電流分解為有功電流分量和無功電流分量。忽略定子邊漏阻抗壓降。根據(jù)相量圖可知，定子邊的功率因數(shù)超前，如圖10.42(1)所示。第一百二十三頁，共151頁。圖10.42(2)附加電壓與相差任意角度第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速

如果與的相位差為任意角度，如圖10.42(2)所示，可以將分成兩個(gè)正交的分量和，分別按上述方法進(jìn)行分析。電機(jī)運(yùn)行于次同步速，既能調(diào)速，又能提高定子功率因數(shù)。第一百二十四頁，共151頁。忽略異步電機(jī)的鐵耗、機(jī)械損耗和附加損耗，異步電機(jī)的功率關(guān)系為：二．雙饋調(diào)速運(yùn)行方式分析式中，為電機(jī)的電磁功率；為電機(jī)電樞回路消耗的功率，也稱為轉(zhuǎn)差功率；為電機(jī)輸出的機(jī)械功率。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百二十五頁，共151頁。故有雙饋調(diào)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子繞組的附加電壓大小和極性的不同，轉(zhuǎn)差率和電磁功率可以大于零，也可以小于零。因而，電動(dòng)機(jī)就有不同的運(yùn)行方式。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百二十六頁，共151頁。異步電機(jī)雙饋調(diào)速的五種運(yùn)行方式1．電機(jī)在次同步速下電動(dòng)運(yùn)行2．電機(jī)在超同步速下電動(dòng)運(yùn)行3．電機(jī)在次同步速下回饋制動(dòng)運(yùn)行4．電機(jī)在超同步速下回饋制動(dòng)運(yùn)行5．電機(jī)運(yùn)行于倒拉反轉(zhuǎn)第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百二十七頁，共151頁。1．電機(jī)在次同步速下電動(dòng)運(yùn)行與反相，使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)轉(zhuǎn)差率由原來的增大到新的時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新達(dá)到平衡，電機(jī)在轉(zhuǎn)差率下運(yùn)行，，即轉(zhuǎn)速向下調(diào)節(jié)，在零轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間。圖10.43是電機(jī)的相量圖。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百二十八頁，共151頁。圖10.43電機(jī)在次同步速下電動(dòng)運(yùn)行的相量圖第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百二十九頁，共151頁。由圖可知：電機(jī)的輸入功率，表明，電機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率；機(jī)械功率，電機(jī)向負(fù)載輸出機(jī)械功率；轉(zhuǎn)差功率，這部分功率扣除轉(zhuǎn)子損耗后從轉(zhuǎn)子側(cè)回饋給轉(zhuǎn)子附加電源了。電機(jī)運(yùn)行方式為電動(dòng)運(yùn)行，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，如圖10.48（a）所示。由于電機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，稱為次同步速的電動(dòng)運(yùn)行。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百三十頁，共151頁。2．電機(jī)在超同步速下電動(dòng)運(yùn)行電機(jī)原來運(yùn)行在次同步速下的電動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，，相量圖如圖10.44所示。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速圖10.44電機(jī)在超同步速下電動(dòng)運(yùn)行的相量圖第一百三十一頁，共151頁。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速電機(jī)的輸入功率，表明電機(jī)從電網(wǎng)吸收電功率；機(jī)械功率，電機(jī)向負(fù)載輸出機(jī)械功率；轉(zhuǎn)差功率，由轉(zhuǎn)子附加電源提供給電機(jī)。電機(jī)運(yùn)行方式為電動(dòng)運(yùn)行，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，如圖10.48（b）所示。第一百三十二頁，共151頁。3．電機(jī)在次同步速下回饋制動(dòng)運(yùn)行與反相，且，轉(zhuǎn)子回路電流減小直至為負(fù)值，電磁轉(zhuǎn)矩隨之反向，電機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，在第二象限工作。此時(shí)，。在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下，電機(jī)不斷地減速。電機(jī)的相量圖如圖10.45所示

第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百三十三頁，共151頁。圖10.45電機(jī)在次同步速下回饋制動(dòng)運(yùn)行的相量圖第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速第一百三十四頁，共151頁。第三節(jié)繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速電機(jī)的輸入功率，電機(jī)向電網(wǎng)回饋電能；機(jī)械功率，電機(jī)吸收負(fù)載的機(jī)械功率，即動(dòng)能；轉(zhuǎn)差功率，由轉(zhuǎn)子附加電源提供給電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩.如圖10.48（c）所示。第一百三十五頁，共151頁。4．電機(jī)在超同步速下回饋制動(dòng)運(yùn)行當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載時(shí)（如電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)車輛下坡），在位能作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)速超過了同步轉(zhuǎn)速，電機(jī)就運(yùn)行在回饋制動(dòng)狀態(tài)，其轉(zhuǎn)差率。若轉(zhuǎn)子再外接附加電壓，