變壓變頻調(diào)速的基本控制方式

1、6.1 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式教學(xué)內(nèi)容6.2 異步電動機(jī)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時的機(jī)械特性教學(xué)目的掌握異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本方法，變頻調(diào)速的穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性。教學(xué)重點(diǎn)基頻以下：恒壓頻比，恒Eg / 1控制，恒Er/l控制，恒磁，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；基頻以上：電壓恒定，弱磁恒功率調(diào)速。變頻調(diào)速的穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性。建議學(xué)時3學(xué)時教學(xué)教具與PPT演示軟件方法6.1 變壓變頻調(diào)速的基本控制方式三相異步電動機(jī)定子每相電動勢的有效值是：Eg 4.44flNskNm，只要控制好Eg和fl，便可達(dá)到控制磁通m的目的。6.1.1 基頻以下調(diào)速臺m蜩* fl從額定值flN向下調(diào)節(jié)時，使礎(chǔ)，條用映施率比為恒值的控制方式。當(dāng)電

2、動勢值較高時，忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓UsEg，則得垃常值，這是恒壓頻比的控制方式。 sgfi低頻時，Us和Eg都較小，定子漏磁阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時，可以人為地把電壓Us抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。帶定子壓降 補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制特性示于圖6-1中的b線，無補(bǔ)償?shù)目刂铺匦詣t為a線。Us6.1.2 基頻以上調(diào)速在基頻以上調(diào)速時，頻率從flN向上升高，保持Us UsN ，這將迫使磁通與sN頻率成反比地降低，相當(dāng)于直流 電動機(jī)弱磁升速的情況。把基頻以下和基頻以上兩種情況的控制特性畫在一起，如圖圖6-2異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性在基頻以下，磁通恒定

3、，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì)，而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通降低，基本上屬于 “恒功率調(diào)速”。6.2 異步電動機(jī)電壓-頻率協(xié)調(diào)控制時的機(jī)械特性6.2.1 恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機(jī)的機(jī)械特性當(dāng)定子電壓U s和電源角頻率1恒定時，可以改寫成如下形式：l s1r'2 2 2'2 (sRs Rr)2 S212(Lls Llr )2Te3np當(dāng)S很小時，忽略分母中含S各項(xiàng),則Te 3np: ：”s，轉(zhuǎn)矩近似與S成 1 Rr正比,機(jī)械特性Tef (S)是段直線，見圖6-3。當(dāng)s接近于1時，可忽略分母中的Rr，Te 3npNRs2 2lRr'212(L|s Llr )2 S這時,Te

4、f (S)是對稱于原點(diǎn)的一段雙曲線。當(dāng)性從直線段逐漸過渡到雙曲線段，如圖一 s接近于1時轉(zhuǎn)矩近似與S成反比，S為以上兩段的中間數(shù)值時，機(jī)械特6-3所示。圖6-3恒壓恒頻時異步電機(jī)的機(jī)械特性60s- 1，2 nP在機(jī)械特性近似直線段上，可以導(dǎo)出S1RrTeUs/ 1為恒622基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制時的機(jī)械特性1 恒壓頻比控制(Us/l恒值)同步轉(zhuǎn)速no隨頻率變化no-i ,帶負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降落n sn。2rFp3nP值時，對于同一轉(zhuǎn)矩Te，s 1是基本不變的，n也是基本不變的。在恒壓頻比的條件下改變頻率1時，機(jī)械特性基本上是平行下移，如圖6-4所示。頻率越低時最大轉(zhuǎn)矩值越小，最大轉(zhuǎn)矩Temax是

5、隨著1的降低而減小的。頻率很低時，Temax太小將限制電動機(jī)的帶載能力，采用定子壓降補(bǔ)償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷篣s， 可以增強(qiáng)帶載能力，見圖 6-4。n2 恒Eg/1控制E g氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢；Es定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢；Er轉(zhuǎn)子全磁通在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動勢（折合到定子邊）在電壓頻率協(xié)調(diào)控制中，恰當(dāng)?shù)靥岣唠妷篣 S，克服定子阻抗壓降以后，能維持Eg / 1為恒值（基頻以下），則無論頻率高低，每極磁通m均為常值，由等效電路得 轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩EgI2 212LlrsEg， 叼 3nps2Rr2112Llr2這就是恒Eg / 1時的機(jī)械特性方程式。當(dāng)S很小時，忽略

6、分母中含S項(xiàng)，貝I近似為一條直線。當(dāng)S接近于1時，t 3npTeEgTe 3nPS iRr,2Rr'2 2 2 '21 Llrs ” s，機(jī)械特性的這一段Rr可忽略分母中的R產(chǎn)項(xiàng)，則將Te對S求導(dǎo)，并令dTe/dS 0，可得恒Eg / 1控制特性在最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率smRrEg 2，和最大轉(zhuǎn)矩Temax 3npiLlr2可見恒Eg/1控制的穩(wěn)態(tài)性能是優(yōu)于恒 定子壓降所追求的目標(biāo)。3 恒Er/ 1控制如果把電壓頻率協(xié)調(diào)控制中的電壓，得到蚯Er/1控3nP Er2 Rs3 nps ErTe21Eg / 1為恒值時，Temax恒定不變。IriLUs/ 1控制的，它正是恒Us/ 1控制

7、中補(bǔ)償U(kuò) s再進(jìn)一步提高，把轉(zhuǎn)子漏抗的壓降也抵消制，Ir'曰r ，電磁轉(zhuǎn)矩Rr/Ss”，機(jī)械特性Tef（S）完全是一條直線,也Rr把它畫在圖6-6上。顯然恒Er/1控制的穩(wěn)態(tài)性能最好，可以獲得和直流電動機(jī)一 樣的線性機(jī)械特性。氣隙磁通的感應(yīng)電動勢Eg對應(yīng)于氣隙磁通幅值m，轉(zhuǎn)子全磁通的感應(yīng)電動勢Er對應(yīng)于轉(zhuǎn)子全磁通幅值Orm Er 4.44f 1 NskNsrm，只要能夠按照轉(zhuǎn)子全磁通幅nrm4 小結(jié)恒壓頻比（Us/恒值）控制最容易實(shí)現(xiàn)，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，但低速帶載能力有些差強(qiáng)人意，須對定子壓降實(shí) 行補(bǔ)償。恒Eg/1控制是通常對恒壓頻比控制

8、實(shí)行電壓補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到”值值，從而改善了低速性能。但機(jī)械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的能力仍受到限制。恒Er / 1控制可以得到和直流他勵電動機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通rm恒定進(jìn)行控制即得Er/1=恒值，在動態(tài)中也盡可能保持rm恒定是矢量控制系統(tǒng)所追求的目標(biāo)，當(dāng)然實(shí)現(xiàn)起來是比較復(fù)雜的。6.2.3基頻以上恒壓變頻時的機(jī)械特性:f 1N以上變頻調(diào)速時，由于電壓Us UsN不變，機(jī)械特性方程式Te 3n pu sN1 (sRs Rr)2S212(Lls Llr )2Temax 2npusN 1RsRs2 12(Lls Llr )2步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，而形

9、狀基本不變，如圖6-7所示。由于頻率提高而 電壓不變，氣隙磁通勢必減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的減小，但轉(zhuǎn)速卻升高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變。所 以基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。Qn< Qa<6>b< 3c恒功率調(diào)速圖6-7基頻以上恒壓變頻調(diào)速的機(jī)械特性教學(xué)內(nèi)容6.4變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的脈寬調(diào)制（PWM ）技術(shù)教學(xué)目的掌握脈寬調(diào)制(PWM )技術(shù)的基本原理及實(shí)現(xiàn)方法。教學(xué)重點(diǎn)電壓空間矢量PWM (SVPWM )控制技術(shù)：空間矢量的定義，電壓 與磁鏈空間矢量的關(guān)系，六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場，電 壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制。建議學(xué)時3學(xué)時教學(xué)教具與方法PP

10、T演示軟件<?VimVT4 4VV3T3VT VT5 5VT66VT226.4 變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中的脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)641正弦波脈寬調(diào)制(SPWM )技術(shù)以正弦波作為作為調(diào)制波(Modulation wave)，以頻率比調(diào)制波高得多的等腰三角波作為 載波(Carrier wave)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得兩邊窄中間寬 的一系列等幅不等寬的矩形波。按照波形面積相等的原則，每一個矩形波的面積與相應(yīng)位置的正弦波面積相等，因而這個序 列的矩形波與期望的正弦波等效。這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào) 制(Sinusoidal pulse width modulation

11、 ，簡稱SPWM)，這種序列的矩形波稱作SPWM波。6.4.3 電流滯環(huán)跟蹤PWM (CHBPWM )控制技術(shù)若能對電流實(shí)行閉環(huán)控制，以保 證其正弦波形，顯然將比電壓開環(huán)控制能夠獲得更好的性能。常用的一種電流閉環(huán)控制方法是電流 滯環(huán)跟蹤PWM (CHBPWM，Current Hysteresis Band PWM)控制，具有電流滯環(huán)跟蹤PWM控制的PWM變 壓變頻器的控 制原理圖示于圖6-22。UVW9jlw >w圖6-22三相電流跟蹤型PWM逆變電路采用電流滯環(huán)跟蹤控制時，變壓變頻器的電流波形與PWM電壓波形示于圖h范圍內(nèi)，在正弦波ia上下作鋸6-23，輸出電流ia與給定值i a之間的

12、偏差保持在齒狀變化。圖6-23電流滯環(huán)跟蹤控制時的電流波形a)電流波形b)電壓波形6.4.4 電壓空間矢量PWM (SVPWM )控制技術(shù)(或稱磁鏈跟蹤控制技 術(shù))把逆變器和交流電動機(jī)視為一體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場來控制逆變器的工作，這種控制方法 稱作“磁鏈跟蹤控制”，磁鏈的軌跡是交替使用不同的電壓空間矢量得到的，所以又稱“電壓空 間矢量 PWM (SVPWM ，Space Vector PWM )控制”。1 .空間矢量的定義交流電動機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時間變化的，分析時常 用時間相量來表示，但如果考慮到它們所在繞組的空間位置，也可以定義為空間矢量，在圖6- 25。6-25電

13、壓空間矢量圖定義三個定子電壓空間矢量UA0UB0 , UC0，使它們的方向始終處于各相繞組的軸線上,而大小則隨時間按正弦規(guī)律脈動，時間相位互相錯開的角度也是120°。三相定子電壓空間矢量的合成空間矢量Us是一個旋轉(zhuǎn)的空間矢量，它的幅值不變,是每相電壓值的3/2倍，當(dāng)電源頻率不變時,合成空間矢量Us以電源角頻率C01為電氣角速度作恒速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)某一相電壓為最大值時，合成電壓矢量US就落 UsUAOUBOUCO o與定子電壓空間矢量相仿，可以定義定子電流和磁鏈的空間矢量I S和Tso2 .電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系用合成空間矢量表示的定子電壓方程式：Us Rsls押，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速不是sssj

14、艮低時，定子電阻壓降所占的成分很小,可忽略不計(jì)，則定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為Usd凡或s Usdt oS . SSdt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(稱為磁鏈圓)。這樣的定子磁鏈旋 轉(zhuǎn)矢量可表示為Ts Tmen.可得UsUsdjtjtdtHV）（Tme”）j 1vpme” iTme ，當(dāng)磁鏈幅值 m一定時,的大小與1 （或供電電壓頻率力）成正比，其方向則與磁鏈?zhǔn)噶?也正交，即磁鏈圓的切線方向， 如圖6-26所示。當(dāng)磁鏈?zhǔn)噶吭诳臻g旋轉(zhuǎn)一周時，電壓矢量也連續(xù)地按磁鏈圓的切線方向運(yùn)動2弧 度，其軌跡與磁鏈

15、圓重合。這樣，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡問題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運(yùn)動軌跡問題。圖6-26旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運(yùn)動軌跡3 . 六拍階梯波逆變器與正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場功率開關(guān)器件共有8種工作狀態(tài)，6種工作 狀態(tài)是有效的，2個狀態(tài)是無效的，因?yàn)槟孀兤鬟@時并沒有輸出電壓，稱為“零矢量”。對于六拍階梯波的逆變器，在其輸出的每個周期中6種有效的工作狀態(tài)各出現(xiàn)而在這%一次。逆變器每隔2/6/3時刻就切換一次工作狀態(tài)（即換相）刻內(nèi)則保持不變。隨著逆變器工作狀態(tài)的切換，電壓空間矢量的幅值不變，而相 位每次旋轉(zhuǎn)3，直到一個周期結(jié)束。在一個周期中6個電壓空間矢量共轉(zhuǎn)過2弧度，形成一個封閉的正六邊形，如圖6-28所

16、示。由電壓空間矢量運(yùn)動所形成的正六邊形軌跡也可以看作是異步電動機(jī)定子磁鏈?zhǔn)噶慷它c(diǎn)的運(yùn)動 軌跡。設(shè)定子磁鏈空間矢量為，在第一個3期間，施加的電壓空間矢量為U1，在3所對應(yīng)的時間t內(nèi)，產(chǎn)生一個增量Ti Ui t ，得到新的磁鏈 乎2電中，依此類推，可以寫成T的通式，Uit¥i，唱1平坐，i 1,2,6 o磁鏈增量AT i的方向決定于所施加的電壓Ui，其幅值則正比于施加電壓的時間t。U4U3U5 /U7U8u6X/Ui圖628正六邊形電壓空間矢量4 .電壓空間矢量的線性組合與SVPWM控制如果交流電動機(jī)由六拍階梯波逆變器供電， 磁鏈軌跡便是六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場，這顯然不象在正弦波供電時所產(chǎn)生的

17、圓形旋轉(zhuǎn)磁場那樣 能使電動機(jī)獲得勻速運(yùn)行。想獲得更多邊形或逼近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場，就必須在每一個3期間內(nèi)出現(xiàn)多個工作狀態(tài)，以形成更多的相位不同的電壓空間矢量。PWM控制可以適應(yīng)上述要求，問題是，怎 樣控制PWM的開關(guān)時間才能逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。提出過多種實(shí)現(xiàn)方法，例如線性組合法，三段 逼近法，比較判斷法等等。圖6-31繪出了逼近圓形時的磁鏈?zhǔn)噶寇壽E。要逼近圓形，可以增加切換次數(shù)，設(shè)想磁鏈增量由¥ W，中12，AT 13 AT 144段組成，每段施加的電壓空間矢量的相位都不一樣，可 以用基本電壓矢量線性組合的方法獲得。圖6-31逼近圓形時的磁鏈增量軌跡圖632表示由電壓空間矢量5和U2的線性

18、組合構(gòu)成新的電壓矢量Us，Us nui t2U2 Us cosjus sins TO 1 TO 2SS在換相周期時間T。中，tl處于U1，t2處于U2， Us與矢量U1的夾角就是這個新矢量的 相位。圖6-32電壓空間矢量的線性組合用相電壓表示合成電壓空間矢量的定義，把相電壓的時間函數(shù)和空間相位分開usUao UBo(t)e. uco(t)e jZ，120。用線電壓表示Ud、0Us3Ud#°Ud03UdUdl1 t2To Tocos j sin3tl t2T0 T02udj 2知22Tous COSf10 21t20 UUssin23Tt。2 Udtl Us COSTo Ud1 Us

19、sin3 dUs UAB(t) UBC (t)e j，當(dāng)各功率開關(guān)處于不同狀態(tài)時，線電壓可取值為 屯Ud ，得t22 u ssinTo3 U dTo由旋轉(zhuǎn)磁場所需的頻率決定，To與力12未必相等，其間隙時間可用零矢量U7或U8來填補(bǔ)。為了減少功率器件的開關(guān)次數(shù)，使U7和U8各占一半時間，1 t718 (Totl t2)0 o2把逆變器的一個工作周期用6個電壓空間矢量劃分成6個區(qū)域，稱為扇區(qū)(Sector)，如圖所示的I、U VI，每個扇區(qū)對應(yīng)的時間均為3。在六拍逆變器中一個扇區(qū)僅包含兩個開關(guān)工作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)SVPWM控制就是要把每一扇區(qū)再分成若干個 對應(yīng)于時間T。的小區(qū)間。按照上述方法插入若干個

20、線性組合的新電壓空間矢量Us，以獲得優(yōu)于正六邊形的多邊形(逼近圓形)旋轉(zhuǎn)磁場。每一個To相當(dāng)于PWM電壓波形中的一個脈沖波，包含tl，t2，t7和t84段， a111，U2，U7和u84種開關(guān)狀態(tài)。為了使電壓波形對稱，把每種狀態(tài)的作用時間都一分為二，在 實(shí)際系統(tǒng)中，應(yīng)該盡量減少開關(guān)狀態(tài)變化時引起的開關(guān)損耗，每次切換開關(guān)狀態(tài)時，只切換一 個功率開關(guān)器件，以滿足最小開關(guān)損耗。一個扇區(qū)內(nèi)所分的小區(qū)間越多，就越能逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。歸納起來，SVPWM控制模式有以下特點(diǎn)：(1)逆變器的一個工作周期分成6個扇區(qū)，每個扇區(qū)相當(dāng)于常規(guī)六拍逆變器的一拍。為了使電 動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場逼近圓形，每個扇區(qū)再分成若干個小區(qū)間

21、To，To越短，旋轉(zhuǎn)磁場越接近圓形，但T。的縮短受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。(2)在每個小區(qū)間內(nèi)雖有多次開關(guān)狀態(tài)的切換，但每次切換都只涉及一個功率開關(guān)器件，因而開 關(guān)損耗較小。(3)每個小區(qū)間均以零電壓矢量開始，又以零矢量結(jié)束。(4)利用電壓空間矢量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡便。(5)采用SVPWM控制時，逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，這比一般的SPWM 逆變器輸出電壓提高了 15%。叫。IIII ! I圖6-34第I扇區(qū)內(nèi)一段TO區(qū)間的開關(guān)序列與逆變器三相電壓波形教學(xué)內(nèi)容6.5基于異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)6.5.1 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)教學(xué)目的掌握基于

22、異步電劫機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理及實(shí)現(xiàn)方 法。教學(xué)重點(diǎn)數(shù)字控制通用變頻器異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖，各主要環(huán)節(jié)的功 能。建議學(xué)時1學(xué)時教學(xué)教具與方法PPT演示軟件6.5基于異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?，這就是常用的通用變頻器控制系 統(tǒng)。對調(diào)速范圍和起制動性能要求高一些，可以采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的方案。6.5.1 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)一一通用變頻器異步電動機(jī)調(diào) 速系統(tǒng)所謂“通用”，包含著兩方面的含義：一是可以和通用的籠型異步電動機(jī)配套使用；二是 具有多種可供選擇的功能，適用于各種不同性質(zhì)的負(fù)載。圖6-37繪出了一種典型的

23、數(shù)字控制通用變頻器異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。顯示設(shè)定接口K電流 檢測6-37數(shù)字控制通用變頻器異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理圖現(xiàn)代PWM變頻 器的控制電路大都是以微處理器為核心的數(shù)字電路（見圖6-37），其功能主要是接受各種設(shè) 定信息和指令，再根據(jù)它們的要求形成驅(qū)動逆變器工作的PWM信號。需要設(shè)定的控制信息主要有：U/f特性、工作頻率、頻率升高時間、頻率下降時間 等，還可以有一系列特殊功能的設(shè)定。圖6-39 PWM變壓變頻器的基本控制作用實(shí)現(xiàn)“電壓補(bǔ)償”或“轉(zhuǎn)矩 補(bǔ)償”的方法有兩種：一種是在微機(jī)中存儲多條不同斜率和折線段的U/f函數(shù)，由用戶根據(jù)需要選 擇最佳特性；另一種辦法是采用霍耳電流傳感器檢測定子

24、電流或直流回路電流，按電流大小自動 補(bǔ)償定子電壓。但無論如何都存在過補(bǔ)償或欠補(bǔ)償?shù)目赡?，這是開環(huán)控制系統(tǒng)的不足之處。由于系統(tǒng)本身沒有自動限制起制動電流的作用，因此，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，升速和降速的積分時間可以根據(jù)負(fù)載需要由操作人員分別選擇。教學(xué)內(nèi)容6.5基于異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)6.5.2轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)教學(xué)目的掌握轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念和控制規(guī)律，轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào) 速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與不足之處。教學(xué)重點(diǎn)轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念，基于異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)差 頻率控制規(guī)律，轉(zhuǎn)差頻率控制

25、的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。建議學(xué)時2學(xué)時教學(xué)教具與方法PPT演示軟件6.5.2 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足平滑調(diào)速的要求，但靜、動態(tài)性能都有限，要提高靜、 動態(tài)性能，要用轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)控制。1 .轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念）時的電磁轉(zhuǎn)矩公式Te3npEgR令1解2L1 Rr2 '2 s212 l 2 2 12 lr將Eg4.44 h n sk Ns "m 4.44n sk Ns "m3 2222 npNs kNsS 1 Rr2 2Rr2 2,2S 1 Llr1mN skNsm代入上式，得2轉(zhuǎn)差角頻率sS1，RrRr12 ( sLlr A當(dāng)

26、電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，、，s也很小，可以認(rèn)為sLlrR，則轉(zhuǎn)矩可近似表示為Te K m中世設(shè)在S值很小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙e m m疝磁通m不變，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率s成正比?？刂妻D(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。2 .基于異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律轉(zhuǎn)矩特性（即機(jī)械特性）Tef （ s）畫在圖6-40，在S較小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行段，Te基本上與s成正比、當(dāng)Te達(dá)到其最大值Temax時，s達(dá)到smax值。取dTe / d s 0，可得Rr： Rr所% ,在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，只要使s限幅值叫smax Llr 工- maxR，就可以基本保持Te與s的正比

27、關(guān)系，也就可以用轉(zhuǎn)差頻率來Llr sm s max控制轉(zhuǎn)矩，這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之一。3 sm 3 smax圖6-40按恒m值控制的Te=f ( s)特性上述規(guī)律是在保持m恒定的前提下才成立的，按恒Eg/1控制時可保持m恒定。在等效電路中可得:Us I s(Rsj iLls) Eg I s(Rsj iLls)由此可見，要實(shí)現(xiàn)恒Eg / 1控制，須在Us / 1恒值的基礎(chǔ)上再提高電壓Us以補(bǔ)償定子電流壓降。如果忽略電流相量相位變化的影響，不同定子電流時恒Eg/1控制所需的電壓頻率特性Usf( 1,1s)如圖6-41所示。保持Eg/ 1恒定，也就是保持Dm恒定，這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律之二

28、。總結(jié)起來，轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是：1)在ssm的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩Te基本上與s成正比，條件是氣隙磁通不變。2)在不同的定子電流值時，按圖6-41的Usf ( 1, I s)函數(shù)關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通gm恒定。O1圖6-41不同定子電流時恒Eg/控制所需的電壓頻率特性3 .轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖6-42所示，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出 信號是轉(zhuǎn)差頻率給定S，s與實(shí)測轉(zhuǎn)速信號相加，即得定子頻率給定信號1,，即,s1，由1.和定子電流反饋信號Is從Usf ( 1, Is)函數(shù)中查得定子電壓給定信號Us，用U S和1控制PWM電壓型逆變器。IsASR*sb一*SC

29、u U*3 S U電壓型逆變器圖6-42 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變正變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖轉(zhuǎn)差角頻率 1 與實(shí)測轉(zhuǎn)速信號相加后得到定子頻率輸入信號r，是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)突出的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)。在調(diào)速過程中，實(shí)際頻率1隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速同步地上升或下降， 加、減速平滑而且穩(wěn)定。在動態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)能用對應(yīng)于sm的限幅轉(zhuǎn)矩 Tem進(jìn)行控制，保證了在允許條件下的快速性。還不能完全達(dá)到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，存在差距的原因有以下幾個方面：(1 )在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時，是從異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的， 所謂的“保持磁通m恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。(2) Usf ( 1

30、, Is)函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在 動態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。(3)在頻率控制環(huán)節(jié)中，取1 s，使頻率1得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測信號不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會直接給頻率造成 誤差，因?yàn)樗羞@些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無衰減地傳遞到頻率控制信號上來了。教學(xué)內(nèi)容6.6異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換教學(xué)目的掌握異步電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的多變量非線性性質(zhì)，坐標(biāo)變換的 基本方法，熟悉相異步電動機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。教學(xué)重點(diǎn)異步電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)，二相異步電動機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模 型，坐標(biāo)變換和變換

31、矩陣，相異步電動機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。建議學(xué)時5學(xué)時教學(xué)教具與方法PPT演示軟件6.6異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換6.6.1 異步電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)交流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型和直流電動機(jī)模型相比有著本質(zhì)上的區(qū)別：(1 )異步電動機(jī)是一個多變量(多輸入多輸出)系統(tǒng)，而電壓(電流)、頻率、磁通、轉(zhuǎn)速之間又互相都有影響，所以是強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。(2)在異步電動機(jī)中，電流乘磁通產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速乘磁通得到感應(yīng)電動勢，由于它們都是同 時變化的，在數(shù)學(xué)模型中就含有兩個變量的乘積項(xiàng)，即使不考慮磁飽和等因素，數(shù)學(xué)模型也是非線性 的。(3)三相異步電動機(jī)定子有三個繞組，轉(zhuǎn)子也可等效為三個繞組，每個繞組

32、產(chǎn)生磁通時都 有自己的電磁慣性，再算上運(yùn)動系統(tǒng)的機(jī)電慣性，和轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的積分關(guān)系，即使不考慮變頻裝置的 滯后因素，也是一個八階系統(tǒng)。總起來說，異步電動機(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)。6.6.2 三相異步電動機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型在研究異步電動機(jī)的多變量非線性數(shù)學(xué)模型時，常作如下的假設(shè)：(1)忽略空間諧波，設(shè)三相繞組對稱，在空間中互差動勢沿氣120°電角度，所產(chǎn)生的磁 隙周圍按正弦規(guī)律分布；(2)忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的；(3)忽略鐵心損耗；教(4)不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。將電動機(jī)轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)，折算后的定子和轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)

33、都相等。這樣，電機(jī)案繞組就等效成圖6-44所示的三相異步電動機(jī)的物理模型。圖6-44三相異步電動機(jī)的物理模型1 .電壓方程三相定子繞組的電壓平衡方程為dAdtdBdt de dtug*B Rsucic Rs與此相應(yīng)，三相轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)后的電壓方程為Ua j aRr。娟Ubi bRrddibdt atUc ic Rrc c r 上述各量都已折算到定子側(cè)，為了簡單起見，表示折算的上角標(biāo)” d, 均省略。將電壓方程寫成矩陣形式，并以微分算子P代替微分符號d/dt00000 0000.0 OOOROO s。?。0 ORO。Rooooo A 8 c a b c UUUUUUAB ACLBB lbc

34、LCB LCCLaB LaCLbB LbCLcB LcCl AaLAbLBaLBbLBcBLCaLCbLCcCLaaLabLaclaLbaLbbLbclbLcaLcbLccIcLac i A>00oa b o或?qū)懗蓇 Ri pT o2.磁鏈方程每個繞組的磁鏈?zhǔn)撬旧淼淖愿写沛満推渌@組對它的互感磁鏈之和，因此，六個繞組的 磁鏈可表達(dá)為或?qū)懗蒚 Li o與電機(jī)繞組交鏈的磁通主要只有兩類：一類是穿過氣隙的相間互感磁通，另一類是只與一相繞組交鏈而不穿過氣隙的漏磁通，前者是主要的。定子各相漏磁通所對應(yīng)的電感稱作定子漏感Lis，轉(zhuǎn)子各相漏磁通則對應(yīng)于轉(zhuǎn)子漏感Llr o與定子一相繞組交鏈的最大互感磁

35、通對應(yīng)于定子互感Lms，與轉(zhuǎn)子一相繞組交鏈的最大互感磁通對應(yīng)于轉(zhuǎn)子互感Lmr，折算后定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等，且各繞組間互感磁通都通過氣隙，磁阻相同，故可認(rèn)為Lms Lmr。定子."芬相臼"分別為LaaLbbLccLrisLis 'Laa Lbb Lee Lms Llr 兩相繞組之間只有互感，互感又分為兩類。第一類：定子三相之間和轉(zhuǎn)子三相之間位置是固定的，互感為常值；三相繞組軸.,、L線在空間的相位差是士 120、互感值應(yīng) Lms COS 120 LmsCOS（ 120 ）I Lms，21 LAB LBC LCA LBA LCB LAC Lms21LLLLLLLab b

36、e ca ba cb ac ms2第二類：定子任一相與轉(zhuǎn)子任一相之間的位置是變化的，互感是角位移的函數(shù)。由于相互間位置的變化(見圖6-44)，可分別表示為AaLaA LBbLbBLCcSCLms COSLAbLbA LBcLcBLCaLms 8s( 120)LcA LBaLaBLCbLbCLms COS(120)當(dāng)定、轉(zhuǎn)子兩相繞組軸線一致時，兩者之間的互感值最大Lms磁鏈方程:L rs LT srLLrsssCOSLmsCOS( 120 )cos( 120 )L sr * s L rr Ircos( 120 ) cos( 120 ) coscos( 120 )cos( 120 )COSLms

37、LlsLms2LmsLms LlrLmsLmsLms 2Lms Lls21 LmsLms2rr1Lms1 Lms ms2 msmsLms Lls1 Lm21 LmsLmsLmsms2 msLlr1 LmsmsLms2 msL Lms21 Lms ms2LlrLrs和L sr兩個分塊矩陣互為轉(zhuǎn)置，且均與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，它們的元素都是變參數(shù)，這是系統(tǒng)非線性的一個根源。把磁鏈方程代入電壓方程,得ump.Li. N叫dt dt d Ldi/ dt項(xiàng)屬于 電磁感應(yīng)電動勢中的脈變電動勢(或稱變壓器電動勢)屬于電磁感應(yīng)電動勢中與轉(zhuǎn)速成正比的旋轉(zhuǎn)電動 勢。(iAib iBic ici a) sin(120) (

38、iAic，("/d)戰(zhàn) ”(J)3 .轉(zhuǎn)矩方程Te nPLms (iAia Bb icic)sin ieia icib4 .電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動方程電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式是ietL Jde L n pdtnPk .若 DO, K nP貝Ij Te TLJd，d eLnP dt dt異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)：(1)除負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸入外，異步電動機(jī)可以看成一個雙輸入雙輸出的系統(tǒng)，輸入量是電壓向量u和定子輸入角頻率1，輸出量是磁鏈向量和轉(zhuǎn)子角速度(2)電流乘磁通產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速乘磁通得到感應(yīng)電動勢。它們都是同時變化的， 在數(shù)學(xué)模型中就含有兩個變量的乘積項(xiàng)，數(shù)學(xué)模型是非線性的。電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩的非線

39、性關(guān)系和直流 電動機(jī)弱磁控制的情況相似，只是關(guān)系更復(fù)雜一些。(3)定子有三個繞組，轉(zhuǎn)子也可等效為三個繞組，每個繞組產(chǎn)生磁通時都有自己的電磁慣性， 再算上運(yùn)動系統(tǒng)的機(jī)電慣性，和轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的積分關(guān)系，是一個八階系統(tǒng)。6.6.3 坐標(biāo)變換和變換矩陣1 坐標(biāo)變換的基本思路異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型之所以復(fù)雜，關(guān)鍵是因?yàn)橛幸粋€復(fù)雜的6X6電感矩陣，它體現(xiàn)了影響磁鏈和受磁鏈影響的復(fù)雜關(guān)系。因此，要簡化數(shù)學(xué)模型，須從簡化磁鏈關(guān)系入手。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。不同電動機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動勢完全一致。交流電動機(jī)三相對稱的靜止繞

40、組，通以三相平衡的正弦電流，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢F，在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速 1 (即電流的角頻率)旋轉(zhuǎn)，圖6-47a。任意對稱的多相繞組，通入平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，以兩相最為簡單。圖6-47b 中繪出了兩相靜止繞組 兩相平衡交流電流，也 和，空間互差90°，通入時間上互差90°的F。 能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢圖6-47a三相對稱的靜止繞組，通以三相平衡的正弦電流當(dāng)圖6-47a和b的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速都相等時,組與圖6-47a的三相繞組等效。 即認(rèn)為圖6-47b的兩相繞圖6-47b兩相對稱的靜止繞組，通以兩相平衡的正弦電流再看圖6-47C中的兩個匝數(shù)相等且互相垂直

41、的繞組M和T，其中分別通以直流電流im和it，產(chǎn)生合成磁動勢F，其位置相對于繞組來說是固定的。如果讓包含兩個繞 組在內(nèi)的整個鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則磁動勢勢。這個旋胞蜘既I初旋郴蛛，成為旋轉(zhuǎn)磁動 速成與圖這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的吸流部圖給翔加牛胸瞰磁動勢一樣，那么的 磁通M軸上，就和直流電機(jī)物理模型沒有本質(zhì)上的區(qū)別了，偽耀的制卜颶趨于勵磁繞組，T相當(dāng)于組。圖6-47C通以直流電流兩相對稱的旋轉(zhuǎn)繞組2 三相兩相變換（3/2變換）第一種坐標(biāo)變換一一在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組a、a之間的變換，或稱三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換，簡稱3/2變換。圖6-48中繪出了 A、

42、B、C和a、兩個坐標(biāo)系，各相磁動勢為有效匝數(shù)與電流的乘積，其空 間矢量均位于有關(guān)相的坐標(biāo)軸上。當(dāng)三相總磁動勢與二相總磁動勢相等時，兩套繞組瞬時磁動勢在a、軸上的投影都應(yīng)相等，因此11233N3（iBic）Nzi NsiA N3iBCOs60 N3iccos60 N3伽 ziBzic）N2i Nai Bsin 60 NaicsinSO寫成矩陣形式.，得G心2 I j 2"33 B0C22NJb N2i 3以 a中。1/豆17I 7 N2ia/ N3ic,C圖6-48三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的磁動勢等效考慮變換N3前后總功率不變，匝數(shù)比應(yīng)為心2 3,12321232C3/2表示從

43、三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣：C3 /22312332C2/3表示從兩相坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系的變換矩陣:1C2 /3231212電流變換陣也是電壓變換陣和磁鏈變換陣。3 -兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換）從兩相靜止坐標(biāo)系a、到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M、T的變 換稱作兩相一兩相旋轉(zhuǎn)變換，簡稱2s/2r變換，其中s表示靜止，r表示旋轉(zhuǎn)。i、i 和 i m ' i t 之間存在下列關(guān)系：i imcos itsin .iimsin it cos寫成矩陣形式，得jiCs°ins CsOSn Mc2r/2s兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換陣：c2r/2scossinsinco

44、s兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣：c2s/2rcossinsincos電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣也與電流(磁動勢)旋轉(zhuǎn)變換陣相同。圖6-49兩相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系磁動勢等效6.6.4 三相異步電動機(jī)在兩相坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型由于兩相坐標(biāo)軸互相垂直，兩相繞 組之間沒有磁的耦合，就會使數(shù)學(xué)模型簡單。1 異步電動機(jī)在兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq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，任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系為最一般的情況。兩相坐標(biāo)d軸與三相坐標(biāo)A軸的夾角為s，而p Sdqs為dq坐標(biāo)系相對于定子的角轉(zhuǎn)速，dqr 為dq坐標(biāo)系相對于轉(zhuǎn)子的角轉(zhuǎn)速。把三相靜止坐標(biāo)系上方程變

45、換到3/2變換將方上，然后再用旋轉(zhuǎn)變換陣變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq上。兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上來，可以先利用程 式變換到兩相靜止坐標(biāo)系(1)磁鏈方程sqrdLs 0 Lm 0 0 Lm 0Ls 0 Lm0 Lr 0sd,sq jrd定子和轉(zhuǎn)子的等效繞組都落在同樣的麻艮4 Lrd和q上，兩軸互相垂直，它們之間沒有耦合關(guān)系，互感磁鏈只在同軸繞組間存在，所以式,中每個磁鏈分量只剩下兩項(xiàng)，電感矩陣比 ABC坐標(biāo)系的6X6矩陣簡單多了。(2)電壓方程usd Rs* sd pu sq Rs' sq urd Rrsd p sq pdqs sq dqsi rd g rq dq坐標(biāo)系上的電壓電流方程式：rdPrq

46、sd dqr rqdqr rdusdRs Ls pdqsLsLmpdqs l m,sdusqdqs l sRs Ls pdqs l mLmpsqurdLmpdqr l mRr LrPdqr Lr«rdurqdqrL mLmpdqrL rRr L rprqLp項(xiàng)表示電感壓降，即脈變電動勢，含含R項(xiàng)表示電阻壓降，含電 動勢。項(xiàng)表示旋轉(zhuǎn)0Rs00 0Rr 0sqrd0Lsp0LmP0LrP0LrP0000LmP 0dqsdqrsdsqodqr 2(3)轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動方程dq坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)矩方程為Te HpLm ( isqird isdirq )運(yùn)動方程與坐標(biāo)變換無關(guān)，TeTLJd其中dqs dq

47、r電機(jī)轉(zhuǎn)子角速n p dt .度。異步電動機(jī)在兩相以任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。它比ABC坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 簡單得多，階次也降低了，但其非線性、多變量、強(qiáng)耦合的性質(zhì)并未改變。2異步電動機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系(坐標(biāo)系)上的數(shù)學(xué)模型在靜止坐標(biāo)系、上的數(shù)學(xué)模型是任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型當(dāng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)速等于零時的特例0當(dāng)dqs 0時'dqr 5即轉(zhuǎn)子角轉(zhuǎn)速的負(fù)值，并將下角標(biāo)d、q改成，則電壓矩陣方程變成磁鏈方程為Ls0Lm0Ls 0 LmLm0Lr00Lm0rrRs Ls p0Lmp00Rs Lsp0LmpLmpLmRr L rpLrLmLm pLrRrLrpir坐標(biāo)上的電磁轉(zhuǎn)矩Te npLm

48、(i s 'r s1 r >坐標(biāo)系上的異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型，又稱作Kron的異步電劫機(jī)方程式或雙軸原型電機(jī)(Two Axis Primitive Machine )基本方程式。3異步電動機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，其坐標(biāo)軸仍用d，q表示，只是坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)速度dqs等于定子頻率的同步角轉(zhuǎn)速1。而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為，因此dq軸相對于轉(zhuǎn)子的角轉(zhuǎn)速dqr 1s 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電壓方程UsdRs Ls P1 Ls LmP1 Lm isdusq1 LsRs Ls P1 LmLm p' sqUrd LmpsLmRr Lr psLrirdurqsLmLmpsLrRr

49、 Lr p Tq磁錠方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動方程均不變。兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的突出特點(diǎn)是，當(dāng)三相ABC坐標(biāo)系中的電壓和電流是交流正弦波時，變換 到dq坐標(biāo)系上就成為直流。教學(xué)內(nèi)容6.7基于劫態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)教學(xué)目的掌握矢量控制系統(tǒng)的基本思路，熟悉按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制 方程及其解耦作用，了解轉(zhuǎn)子磁鏈模型的特點(diǎn)及應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)矢量控制系統(tǒng)的基本思路，按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作 用，轉(zhuǎn)子磁鏈模型。建議學(xué)時4學(xué)時教學(xué)教具與方法PPT演示軟件6.7基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)6.7.1 矢量控制系統(tǒng)的基本思路圖6-52，輸入為A，B，C三相電壓，輸出為轉(zhuǎn)速，是一臺

50、異步電動機(jī)。從內(nèi)部看，經(jīng)過3/2變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，變成一臺由晶和it輸入，由輸出的直流電動機(jī)。異步電動機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動機(jī)，那么，模仿直流電動機(jī)的控制策略，得到直 流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動機(jī)了。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是空 間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)(Vector Control System), 簡稱VC系統(tǒng)。VC系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖6-53所 示。it B - 3/2 io VRic I 邛 Hr一等效直流電動機(jī)模型異步電動機(jī)圖6-52異步電動機(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；一一M軸與軸(

51、A軸)的夾角在設(shè)計(jì)VC系統(tǒng)時，如果忽略變頻器可能產(chǎn)生的滯后，可以認(rèn)為，在控制器后面的反旋轉(zhuǎn)變換 器VR-與電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR相抵消，2/3變換器與電機(jī)內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)相抵消，則 電 剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)了。672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，只規(guī)定了 d，q兩軸的相互垂直關(guān)系和與定子頻率同步的旋轉(zhuǎn)速度，并未規(guī)定兩軸與電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁 場的相對位置，取d軸沿著轉(zhuǎn)子總磁圖6-53矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖恬矢量r的方向,稱之為M( Magnetization )軸，而q軸為逆時針轉(zhuǎn)90 ,垂直于矢曲r，稱之為T( Torque )軸。這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)定為M，T坐標(biāo)系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向(Field Orientation)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'rdrml rqrt。，Tei str Lrddt2吐”JLrvTldrr r tfL|dtsm Tr 即Lm1 stTrstdismdtLmLsLrTrrRsLr Rrtm |$mLsbrlist 2沏LsLLsmLrRsL2r Rr L2mi St11 smUstLsbr由十drtU，可得轉(zhuǎn)差公式l m1 st，這使?fàn)顟B(tài)方程又降低了一階。轉(zhuǎn)子磁鏈:Tr p r r Lmism '則m smLm i . i Trp11 sm ismT