天津大学 运动控制系统(二)课件 第七章

1、1第七章第七章电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统转差功率不变型转差功率不变型调速系统调速系统2 异步电动机的异步电动机的变压变频调速变压变频调速系统系统一般简称一般简称为为变频调速变频调速系统系统。由于在调速时由于在调速时转差功率不随转速而变化转差功率不随转速而变化，调速，调速范围宽，无论是高速还是低速时范围宽，无论是高速还是低速时效率都较高效率都较高，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美可与直流调速系统媲美。因此现在应用面很广，。因此现在

2、应用面很广，是是本篇的重点本篇的重点。l 引言引言3第第7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统n7.1 7.1 变压变频调速的基本原理变压变频调速的基本原理n7.2 7.2 异步机电压频率协调控制时的机械特性异步机电压频率协调控制时的机械特性n7.37.3 * *电力电子变压变频器的主要类型电力电子变压变频器的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中的变压变频调速系统中的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态模型的变压变频调速基于异步电动机稳态模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数学模型和坐标变换异步电动机的动态数学模型和坐标变

3、换n7.7 7.7 基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统系统n7.8 7.8 基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系统控制系统 4第第7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统n7.1 7.1 变压变频调速的基本原理变压变频调速的基本原理n7.2 7.2 异步机电压频率协调控制时的机械特性异步机电压频率协调控制时的机械特性n7.37.3 * *电力电子变压变频器的主要类型电力电子变压变频器的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中的变压变频调速系统中的PWMPWM技术技术n7.5 7.5

4、 基于异步电动机稳态模型的变压变频调速基于异步电动机稳态模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数学模型和坐标变换异步电动机的动态数学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统系统n7.8 7.8 基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系统控制系统 5n在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每极希望保持电机中每极磁通量磁通量 m 为额定值不变为额定值不变。n如果如果磁通太弱磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种，没

5、有充分利用电机的铁心，是一种浪费浪费；如果过分；如果过分增大磁通增大磁通，又会使，又会使铁心饱和铁心饱和，从而，从而导致导致过大的励磁电流过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而，严重时会因绕组过热而损坏损坏电机电机。n对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反对于直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应有恰当的补偿，应有恰当的补偿， m 保持不变是很容易做到的。保持不变是很容易做到的。n在交流异步电机中，在交流异步电机中，磁通磁通 m由定子和转子磁势由定子和转子磁势合成产生合成产生，要保持磁通恒定就需要费一些周折了。，要保持磁通恒定就需要费一些周折了。变压变频调速的目的：保持磁通不变变压变频

6、调速的目的：保持磁通不变6（6-16-1） Eg 气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值(V) ；f1定子频率定子频率(Hz)；Ns定子每相绕组串联匝数；定子每相绕组串联匝数；kNs基波绕组系数；基波绕组系数； m每极气隙磁通量（每极气隙磁通量（Wb）。）。l 气隙磁通气隙磁通m在定子每相绕组的电动势在定子每相绕组的电动势mNs1gS44. 4kNfE 7（6-16-1） l 气隙磁通气隙磁通m在定子每相绕组的电动势在定子每相绕组的电动势mNs1gS44. 4kNfE 由上式可知，只要由上式可知，只要控制好控制好Eg和和f1，便可达到，便可达到控制磁通控制

7、磁通 m的目的。实际中，需要考虑两种情况：的目的。实际中，需要考虑两种情况：基频基频(额定频率额定频率f1N)以下以下基频基频(额定频率额定频率f1N)以上以上8第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机电压频率协异步机电压频率协调控制时的机械特性调控制时的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型

8、的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 基频以下调速基频以下调速nQ2 基频以上调速基频以上调速9n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机电压频率协异步机电压频率协调控制时的机械特性调控制时的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类

9、型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 基频以下调速基频以下调速nQ2 基频以上调速基频以上调速第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速

10、系统10l 基频以下调速基频以下调速由式可知，要保持由式可知，要保持 m不变，当频率不变，当频率f1从额定值从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低向下调节时，必须同时降低Eg，使，使 常值1gfE即采用即采用电动势频率比为恒值或恒气隙磁通电动势频率比为恒值或恒气隙磁通m的控制方式。的控制方式。 mNs1gS44. 4kNfE （6-26-2）11l 基频以下调速基频以下调速mNs1gS44. 4kNfE 然而，绕组中的然而，绕组中的感应电动势是难以直接控制感应电动势是难以直接控制的，当的，当电电动势值较高动势值较高时，可以时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为

11、定子相电压而认为定子相电压 Us Eg，则得，则得这是这是恒压频比恒压频比的控制方式。的控制方式。（6-36-3）常值1fUs11slssgURjLIE m恒定恒定12p在在低频低频时，时，Us和和Eg都较小，都较小，定子阻抗压定子阻抗压降降所占的份量就比较所占的份量就比较显著，显著，不能忽略不能忽略。n 带带定子电压补偿定子电压补偿的的恒压频比恒压频比控制特性控制特性OOU Us sf f 1 1图图6-16-1 恒压频比控制特性恒压频比控制特性U UsNsNf f 1N1Na a 无补偿无补偿 b b 带定子压降补偿带定子压降补偿 11slssgURjLIE13p这时，需要这时，需要人为地

12、人为地把电压把电压Us抬高一些抬高一些，以便近似地以便近似地补偿定子补偿定子阻抗压降阻抗压降称称低频低频补偿补偿或或低频转矩提低频转矩提升升。n 带带定子电压补偿定子电压补偿的的恒压频比恒压频比控制特性控制特性OOU Us sf f 1 1图图6-16-1 恒压频比控制特性恒压频比控制特性U UsNsNf f 1N1Na a 无补偿无补偿 b b 带定子压降补偿带定子压降补偿 11slssgURjLIE14n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机电压频率协异步机电压频率协调控制时的机械特性调控制时的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器

13、电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 基频以下调速基频以下调速nQ2 基频以上调速基频以上调速第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统

14、笼型异步电动机变压变频调速系统15Sg1sNm4.44sUEf N k l 基频以上调速基频以上调速n在基频以上调速时，频率从向上升高，受到在基频以上调速时，频率从向上升高，受到电机绝缘耐压电机绝缘耐压磁路饱和磁路饱和的限制，定子电压的限制，定子电压Us不能随之升高，最多只能不能随之升高，最多只能保持额定电压保持额定电压UsN不变不变(Us=UsN)n这将导致这将导致磁通与频率成反比磁通与频率成反比地降低，使得异地降低，使得异步电动机工作在步电动机工作在弱磁状态弱磁状态m11f16把把基频以下基频以下和和基频以上基频以上两种情况的两种情况的控制特性控制特性画画在一起，如下图所示。在一起，如下图

15、所示。f f1N1N图图6-2 6-2 异步电机变压变频调速的控异步电机变压变频调速的控制特性制特性 恒转矩调速恒转矩调速U Us sU UsNsNmNmNmm恒功率调速恒功率调速mmU Us sf f1 1OOn所谓所谓“恒转矩恒转矩”和和“恒功率恒功率”调速调速方式，是指在方式，是指在不同不同运行转速条件运行转速条件下，下，当转子电流当转子电流达到其达到其额定值额定值IrN时，所允时，所允许的许的转矩或功率不转矩或功率不变变，是电机能长期，是电机能长期承受的限度。承受的限度。17把把基频以下基频以下和和基频以上基频以上两种情况的两种情况的控制特性控制特性画画在一起，如下图所示。在一起，如下

16、图所示。f f1N1N图图6-2 6-2 异步电机变压变频调速的控异步电机变压变频调速的控制特性制特性 恒转矩调速恒转矩调速U Us sU UsNsNmNmNmm恒功率调速恒功率调速mmU Us sf f1 1OOn实际实际的的转矩和功转矩和功率率究竟是多少，究竟是多少，取取决于决于电机所带具体电机所带具体的的负载形式负载形式。18把把基频以下基频以下和和基频以上基频以上两种情况的两种情况的控制特性控制特性画画在一起，如下图所示。在一起，如下图所示。f f1N1N图图6-2 6-2 异步电机变压变频调速的控异步电机变压变频调速的控制特性制特性 恒转矩调速恒转矩调速U Us sU UsNsNmN

17、mNmm恒功率调速恒功率调速mmU Us sf f1 1OOn基频以下基频以下由于磁通由于磁通m恒定，恒定，则允许输出转矩则允许输出转矩Te恒定恒定 “恒转矩恒转矩”调调速速coseTmrrTKI19把把基频以下基频以下和和基频以上基频以上两种情况的两种情况的控制特性控制特性画画在一起，如下图所示。在一起，如下图所示。f f1N1N图图6-2 6-2 异步电机变压变频调速的控异步电机变压变频调速的控制特性制特性 恒转矩调速恒转矩调速U Us sU UsNsNmNmNmm恒功率调速恒功率调速mmU Us sf f1 1OOn基频以上基频以上弱磁调速，转速升弱磁调速，转速升高，高，m减少，则允减少

18、，则允许输出转矩许输出转矩Te减少，减少，输出功率输出功率Pm基本不基本不变变 “恒功率恒功率”调调速速coseTmrrTKI1memPT20n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模

19、型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 Q1 恒压恒频正弦波供电恒压恒频正弦波供电时异步机的机械特性时异步机的机械特性nQ2 Q2 基频以下恒压频比调基频以下恒压频比调速的机械特性速的机械特性nQ3 Q3 基频以上恒压变频调基频以上恒压变频调速的机械特性速的机械特性nQ4 Q4 基频以下的电压补偿基频以下的电压补偿控制控制nQ5 Q5 恒流正弦波供电时的恒流正弦波供电时的机械特性机械特性( (* *) )第第7 7章

20、章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统21n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的

21、矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 Q1 恒压恒频正弦波供电恒压恒频正弦波供电时异步机的机械特性时异步机的机械特性nQ2 Q2 基频以下恒压频比调基频以下恒压频比调速的机械特性速的机械特性nQ3 Q3 基频以上恒压变频调基频以上恒压变频调速的机械特性速的机械特性nQ4 Q4 基频以下的电压补偿基频以下的电压补偿控制控制nQ5 Q5 恒流正弦波供电时的恒流正弦波供电时的机械特性机械特性第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统22n7.1 7.1 变压变频调

22、速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的

23、直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 Q1 恒压恒频正弦波供电恒压恒频正弦波供电时异步机的机械特性时异步机的机械特性恒压恒频机械特性方程式恒压恒频机械特性方程式恒压恒频机械特性分析恒压恒频机械特性分析恒压恒频机械特性曲线恒压恒频机械特性曲线第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统23n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中

24、的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 Q1 恒压恒频正弦波供电恒压恒频正弦波供电时异步机的机械特性时异步机的机械特性恒压恒频机械特性方程式恒压恒频机械特性方程式恒压恒频机械特性分析恒压恒频机械特性分析恒压恒频机械特性曲线恒压恒频机

25、械特性曲线第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统24异步电机在异步电机在恒压恒频恒压恒频正弦波供电时的正弦波供电时的机械特性方程机械特性方程式式：2lrls2122rsr121spe)()(3LLsRsRRsUnT(6-4) 2lrls212rs1r2spe/3LLsRRsRUnT当定子电压当定子电压 Us 和电源角频率和电源角频率 1 恒定时，可以改写成恒定时，可以改写成如下形式：如下形式： (5-3)l 恒压恒频的机械特性方程式恒压恒频的机械特性方程式25n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异

26、步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 Q1 恒压恒频正弦波供

27、电恒压恒频正弦波供电时异步机的机械特性时异步机的机械特性恒压恒频机械特性方程式恒压恒频机械特性方程式恒压恒频机械特性分析恒压恒频机械特性分析恒压恒频机械特性曲线恒压恒频机械特性曲线第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统26sRsUnTr121spe32lrls2122rsr121spe)()(3LLsRsRRsUnTn 当当s很小很小时，可忽略分母中含时，可忽略分母中含s各项各项(6-5) 当当s接近于接近于1时，可忽略分母中时，可忽略分母中s的常数项和一次项的常数项和一次项 sLLRsRUnT1)(32lrls212sr121spe(6-6)即即转矩近似与

28、转矩近似与s成反比成反比，这时，这时，Te=f(s)是对称于原点是对称于原点的的一段双曲线一段双曲线。l 恒压恒频的恒压恒频的机械特性分析机械特性分析也就是说，也就是说，转矩近似与转矩近似与s成正比成正比，机械特性，机械特性 Te=f(s)是是一段直线一段直线270010,snn2lrls2122rsr121spe)()(3LLsRsRRsUnTn 理想空载转差率理想空载转差率s0和理想空载转速和理想空载转速n0（Te=0） 临界转差率临界转差率sm222211312()empsNsslslrTn URRLLl 恒压恒频的恒压恒频的机械特性分析机械特性分析恒压恒频时，系统的理想空载转差率为恒压

29、恒频时，系统的理想空载转差率为0，理想空载，理想空载转速等于同步转速。转速等于同步转速。2221()rmslslrRsRLL 临界最大转矩临界最大转矩Tem28n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学

30、模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 Q1 恒压恒频正弦波供电恒压恒频正弦波供电时异步机的机械特性时异步机的机械特性恒压恒频机械特性方程式恒压恒频机械特性方程式恒压恒频机械特性分析恒压恒频机械特性分析恒压恒频机械特性曲线恒压恒频机械特性曲线第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统29l 恒压恒频的恒压恒频的机械特性曲线机械特性曲线smnn0sTe100TeTemT

31、em图图6-3 恒压恒频机械恒压恒频机械特性曲线特性曲线2lrls2122rsr121spe)()(3LLsRsRRsUnTsRsUnTr121spe3sLLRsRUnT1)(32lrls212sr121spen当当s为以上两段的中间为以上两段的中间数值时，机械特性从数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双直线段逐渐过渡到双曲线段，如图所示。曲线段，如图所示。30l 恒压恒频的恒压恒频的机械特性曲线机械特性曲线smnn0sTe100TeTemTem图图6-3 恒压恒频机械恒压恒频机械特性曲线特性曲线n当当s为以上两段的中间为以上两段的中间数值时，机械特性从数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双直线段

32、逐渐过渡到双曲线段，如图所示。曲线段，如图所示。222211312()empsNsslslrTn URRLL2221()rmslslrRsRLL31n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变

33、换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 Q1 恒压恒频正弦波供电恒压恒频正弦波供电时异步机的机械特性时异步机的机械特性nQ2 Q2 基频以下恒压频比调基频以下恒压频比调速的机械特性速的机械特性nQ3 Q3 基频以上恒压变频调基频以上恒压变频调速的机械特性速的机械特性nQ4 Q4 基频以下的电压补偿基频以下的电压补偿控制控制nQ5 Q5 恒流正弦波供电时的恒流正弦波供电时的机械特性机械特性第第7 7章章笼型异步电

34、动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统32n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统

35、磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ2 Q2 基频以下恒压频比调基频以下恒压频比调速的机械特性速的机械特性机械特性特征（机械特性特征（n n0 0， n n，T Temem）机械特性曲线机械特性曲线从转差功率从转差功率P Ps s分析调速类型分析调速类型第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统33n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频

36、器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ2 Q2 基频以下恒压频比调基频以下恒压频比调速的机械特性速的机械特性机械特性特征（机械特性特征（n

37、n0 0， n n，T Temem）机械特性曲线机械特性曲线从转差功率从转差功率P Ps s分析调速类型分析调速类型第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统34(6-4)2lrls2122rsr121spe)()(3LLsRsRRsUnTn基频以下采用恒压频比控制，异步电动机机械特性基频以下采用恒压频比控制，异步电动机机械特性方程式为方程式为n电动机同步转速电动机同步转速n1随定子侧电源输入频率随定子侧电源输入频率f1变化而变化变化而变化11p60fnnn恒压频比控制的理想空载（恒压频比控制的理想空载（Te=0）转差率）转差率s0和转速和转速n0为：为：001

38、0,snnl 机械特性特征（机械特性特征（n0，n，Tem）110fnn35n当当s较小时，恒压频比调速机械特性近似为：较小时，恒压频比调速机械特性近似为：2s1ep1r3UsTnsRn考虑恒转矩负载，则恒压频比调速时的转速降考虑恒转矩负载，则恒压频比调速时的转速降n为为2re111e210602ppsRTnsnsTnnU 由此可见，恒压频比调速时，考虑由此可见，恒压频比调速时，考虑恒转矩负载恒转矩负载，转速，转速降落降落n基本不变基本不变；在恒压频比条件下，把；在恒压频比条件下，把频率频率f1向下向下调节调节时，时，机械特性机械特性基本上是基本上是平行下移平行下移的。的。re12sp13RT

39、sUn或或2lrls2122rsr121spe)()(3LLsRsRRsUnT362psem212sslslr11312()nUTRRLL(6-10)(6-10)2psem2221ss1lslr32()n UTRRLL（5-55-5）临界转矩临界转矩n可见，临界转矩可见，临界转矩 Tem 是随着的是随着的 1 降低而减小降低而减小的。的。n当频率很低时，当频率很低时，Tem太小将削弱电动机的带载能力，太小将削弱电动机的带载能力，采用采用低频定子压降补偿低频定子压降补偿，适当地，适当地提高电压提高电压Us，可，可以以增强带载能力增强带载能力。等价等价临界转矩临界转矩2221()rmslslrRs

40、RLL临界转差率临界转差率37n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n

41、7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ2 Q2 基频以下恒压频比调基频以下恒压频比调速的机械特性速的机械特性机械特性特征（机械特性特征（n n0 0， n n，T Temem）机械特性曲线机械特性曲线从转差功率从转差功率P Ps s分析调速类型分析调速类型第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统38l 异步电动机恒压频比调速的机械特性曲线异步电动机恒压频比调速的机械特性曲线（基频以下）（基频以下）图图6-4 恒压频比控制时变频调速的机械特性恒压频比控制时变频调速的机械特性eTOOn nN0n03

42、n02n01nN1111213131211N1低频定子压低频定子压降补偿特性降补偿特性当同步频率当同步频率f1下降时下降时理想空载转速下降；理想空载转速下降；机械特性平行下移；机械特性平行下移；最大转矩减小；最大转矩减小；39n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变

43、压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ2 Q2 基频以下恒压频比调基频以下恒压频比调速的机械特性速的机械特性机械特性特征（机械特性特征（n n0 0， n n，T Temem）机械特性曲线机械特性曲线从转差功率从转差功率P Ps s分析调速类型分析调速类型第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统40l

44、从转差功率分析调速类型从转差功率分析调速类型2112213resmmeepspR TsPsPsTTnUn在基频以下恒压频比调速时，转差功率为在基频以下恒压频比调速时，转差功率为显然，考虑显然，考虑恒转矩负载恒转矩负载时，时，转差功率基本不转差功率基本不变变，与电动机，与电动机转速无关。转速无关。 转差功率不变型转差功率不变型re12sp13R TsUn2s1ep1r3UsTnsR41n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类

45、型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ1 Q1 恒压恒频正弦波供电恒压恒频正弦波供电时异步机的机械特性时异步机的机械特性nQ2 Q2 基频以下恒压频比调基频以下恒压频比调速的机械

46、特性速的机械特性nQ3 Q3 基频以上恒压变频调基频以上恒压变频调速的机械特性速的机械特性nQ4 Q4 基频以下的电压补偿基频以下的电压补偿控制控制nQ5 Q5 恒流正弦波供电时的恒流正弦波供电时的机械特性机械特性第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统42n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.

47、5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ3 Q3 基频以上恒压变频调基频以上恒压变频调速的机械特性速的机械特性机械特性特征（机械特性特征（n n0 0， n n，T Temem）机械特性曲线机械特性曲线从转差功率从转差功率P Ps s分析调速类型分析调速类型第第7 7章章笼

48、型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统43n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量

49、控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ3 Q3 基频以上恒压变频调基频以上恒压变频调速的机械特性速的机械特性机械特性特征（机械特性特征（n n0 0， n n，T Temem）机械特性曲线机械特性曲线从转差功率从转差功率P Ps s分析调速类型分析调速类型第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统44n基频以上变频调速时，定子电压基频以上变频调速时，定子电压Us只能保持只能保持UsN不变不变（Us=UsN），异步电动机机械特性方程式为），异步电动机机械特性方程式为n

50、电动机同步转速电动机同步转速n1随定子侧电源输入频率随定子侧电源输入频率f1变化而变化变化而变化11p60fnnn理想空载（理想空载（Te=0）转差率）转差率s0和转速和转速n0为：为：0010,snnl 机械特性特征（机械特性特征（n0，n，Tem）22222113()()repsNsrlslrsRTn UsRRsLL110fnn45n当当s较小时，基频以上变频调速械特性近似为：较小时，基频以上变频调速械特性近似为：213sNeprUsTnsRn基频以上变频调速时的转速降基频以上变频调速时的转速降n为为22re11112210602ppsNRTnsnsnnU 由此可见，基频以上变频调速时，考

51、虑由此可见，基频以上变频调速时，考虑恒转矩负载恒转矩负载，转，转速降落速降落n与同步频率与同步频率f1的平方成正比的平方成正比；随着；随着频率频率f1的提的提高，斜率将变大（高，斜率将变大（ n 变大），机械特性越软变大），机械特性越软。21123repsNR Tsn U或或22222113()()repsNsrlslrsRTn UsRRsLL462m22211312()epsNsslslrTn URRLLn可见，基频以上变频调速的临界转矩可见，基频以上变频调速的临界转矩Tem是随着的是随着的 1 增大而减小增大而减小的。的。临界转矩表达式临界转矩表达式临界转差率临界转差率2221()rmsl

52、slrRsRLL47n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.

53、8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ3 Q3 基频以上恒压变频调基频以上恒压变频调速的机械特性速的机械特性机械特性特征（机械特性特征（n n0 0， n n，T Temem）机械特性曲线机械特性曲线从转差功率从转差功率P Ps s分析调速类型分析调速类型第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统48弱磁恒功率调速弱磁恒功率调速eTOOnN0nc0nb0na0nN1a1b1c1c1b1a1N1 当同步频率当同步频率f1提高时提高时理想空载转速提高；理想空载转速提高；机械特性上移，变软；机械特性上移，变软；最

54、大转矩减小；最大转矩减小；图图6-7 基频以上恒压变频调速的机械特性基频以上恒压变频调速的机械特性l 基频以上恒压变频调速的机械特性曲线基频以上恒压变频调速的机械特性曲线49p基频以下：恒压频比调速基频以下：恒压频比调速p基频以上：恒压变频调速基频以上：恒压变频调速l 异步电动机变频调速的机械特性曲线异步电动机变频调速的机械特性曲线50n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调

55、速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系统nQ3 Q3 基频以上恒压变频调基频以上恒压变频调速的机械特性速的机械特性机械特性特征（机械特性特征（n n0 0， n n，T Temem）机械特性曲线机械特性曲线从转差功率从转差功率P P

56、s s分析调速类型分析调速类型第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统51l 从转差功率分析调速类型从转差功率分析调速类型2111223resmmeeppsNR TsPsPsTTnn U在基频以上恒压变频调速时，转差功率为在基频以上恒压变频调速时，转差功率为显然，考虑显然，考虑恒功率负载恒功率负载时（时（Te1=常数），常数），转转差功率基本不变差功率基本不变，与电动机，与电动机转速无关。转速无关。 转差功率不变型转差功率不变型21123repsNR Tsn U213sNeprUsTnsR52n7.1 7.1 变压变频调速的基本变压变频调速的基本原理原理n7.

57、2 7.2 异步机变压变频调速异步机变压变频调速的机械特性的机械特性n7.3 7.3 * *电力电子变压变频器电力电子变压变频器的主要类型的主要类型n7.4 7.4 变压变频调速系统中变压变频调速系统中的的PWMPWM技术技术n7.5 7.5 基于异步电动机稳态基于异步电动机稳态模型的变压变频调速模型的变压变频调速n7.6 7.6 异步电动机的动态数异步电动机的动态数学模型和坐标变换学模型和坐标变换n7.7 7.7 基于动态模型按转子基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统磁链定向的矢量控制系统n7.87.8基于动态模型按定子基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制磁链控制的直接转矩控制系统系

58、统nQ1 Q1 恒压恒频正弦波供电恒压恒频正弦波供电时异步机的机械特性时异步机的机械特性nQ2 Q2 基频以下恒压频比调基频以下恒压频比调速的机械特性速的机械特性nQ3 Q3 基频以上变频调速的基频以上变频调速的机械特性机械特性nQ4 Q4 基频以下的电压补偿基频以下的电压补偿控制控制nQ5 Q5 恒流正弦波供电时的恒流正弦波供电时的机械特性机械特性第第7 7章章笼型异步电动机变压变频调速系统笼型异步电动机变压变频调速系统53n在基频以下运行时，在基频以下运行时，采用采用恒压频比恒压频比的控制的控制方法具有方法具有控制简便控制简便的的优点。优点。n但但负载的变化负载的变化时定子时定子压降不同，

59、将导致压降不同，将导致磁磁通改变通改变，须采用，须采用定定子压降补偿控制子压降补偿控制。n根据定子电流的大小根据定子电流的大小改变定子电压，以改变定子电压，以保持磁通恒定保持磁通恒定。OOU Us sf f 1 1基频以下恒压频比控制特性基频以下恒压频比控制特性U UsNsNf f 1N1Na a 无补偿无补偿 b b 带定子压降补偿带定子压降补偿 11slssgURjLIE基频以下变频调速的核心原理：保持磁通恒定基频以下变频调速的核心原理：保持磁通恒定54再次绘出异步电动机的再次绘出异步电动机的T型稳态等效电路。为了使型稳态等效电路。为了使参考极性与电动状态下的实际极性相吻合，感应电参考极性

60、与电动状态下的实际极性相吻合，感应电动势采用电压降的表示方法，由高电位指向低电位。动势采用电压降的表示方法，由高电位指向低电位。U Us s 1 1R Rs sL LlslsL Llr lrL LmmR Rr r /s sI Is sI I0 0I Ir rE Eg gE Es sE Er r图图6-5 异步电动机异步电动机T型稳态等效电路和感应电动势型稳态等效电路和感应电动势 l 三种磁通和感应电动势（折算后）三种磁通和感应电动势（折算后）55异步电动机异步电动机T型稳态等型稳态等效电路和感应电动势效电路和感应电动势 l 三种磁通和感应电动势（折算后）三种磁通和感应电动势（折算后）n定子全磁