异步电机变频调速系统 北理工

异步电机变频调速系统北理工第一页，共四十三页，2022年，8月28日第7章异步电机变频调速系统7.1标量控制的变频调速系统7.2矢量变换控制变频调速系统7.3直接转矩控制变频调速系统第二页，共四十三页，2022年，8月28日7.1标量控制的变频调速系统主要内容7.1.1电压频率协调控制的机械特性7.1.2转差频率控制变频调速系统第三页，共四十三页，2022年，8月28日1.恒控制的机械特性同步机械角速度总漏抗可以写成

(7.1)7.1.1电压频率协调控制的机械特性第四页，共四十三页，2022年，8月28日分析一组机械特性

推导得：

图7.1恒压频比控制时变频调速的机械特性(7.3)结论：s很小时，在恒压频比条件下改变频率时，机械特性基本上是一族平行的直线。7.1.1电压频率协调控制的机械特性第五页，共四十三页，2022年，8月28日分析最大转矩由式可以得到结论：最大转矩是随着的降低而减小的。频率很低时，太小将限制调速系统的带负载能力。图7.1恒压频比控制时变频调速的机械特性(7.4)7.1.1电压频率协调控制的机械特性第六页，共四十三页，2022年，8月28日2.恒控制时的机械特性由右图等效电路可以看出代入电磁转矩的基本关系式得当s很小时，则图7.2异步电机的T型等效电路(7.5)7.1.1电压频率协调控制的机械特性第七页，共四十三页，2022年，8月28日结论：对于一定的电磁转矩与转差率成比例，亦即这一段机械特性近似为一条直线。分析式(7.5)在恒控制时当s很小时，机械特性基本上是一族平行的直线7.1.1电压频率协调控制的机械特性第八页，共四十三页，2022年，8月28日对式(7.4)求导数，并令导数为零，可得：结论：恒控制时，最大转矩是恒定的。(7.6)(7.7)7.1.1电压频率协调控制的机械特性第九页，共四十三页，2022年，8月28日1.转差频率控制的基本原理

提高调速系统性能需采用闭环控制提高系统动态性能需要控制转矩而异步电机转矩当s很小时

转差频率控制的基本思想？令并定义为转差角频率，则式（7.4）可写为

7.1.2转差频率控制变频调速系统第十页，共四十三页，2022年，8月28日1.转差频率控制的基本原理

转差频率控制的条件：

恒即为恒磁通，转差频率控制的条件之一为保持气隙磁通恒定，可以通过控制励磁电流恒定来实现。图7.4异步电机的T型等效电路图7.3保持Ф恒定时Is=f（ωsl）曲线(7.8)7.1.2转差频率控制变频调速系统第十一页，共四十三页，2022年，8月28日1.转差频率控制的基本原理实现转差频率控制的另一个条件是很小。根据可求得：第二个条件变为综上所述，转差频率控制的条件是1.保持气隙磁通恒定。2.保证(7.9)7.1.2转差频率控制变频调速系统第十二页，共四十三页，2022年，8月28日2.转差频率控制变频调速系统分析一条机械特性结论：即s很小时，转矩近似与成s正比，机械特性是一段直线。7.1.2转差频率控制变频调速系统第十三页，共四十三页，2022年，8月28日系统组成如下图7.5所示。图7.5转速闭环、转差频率控制变频调速系统结构图ASR-转速调节器；GF-函数发生器；ACR-电流调节器；UR-整流器；DPI-极性鉴别器；GAB-绝对值变换器；GVF-压频变换器；DRC-环形分配器；AP-脉冲放大器；UI-电流源型逆变器7.1.2转差频率控制变频调速系统第十四页，共四十三页，2022年，8月28日系统组成变频器介绍图7.6三相逆变器主电路图7.7三相逆变器输出电压波形（a）180°导通型；（b）120°导通型7.1.2转差频率控制变频调速系统第十五页，共四十三页，2022年，8月28日工作过程分析图7.8转速闭环、转差频率控制变频调速系统结构图7.1.2转差频率控制变频调速系统第十六页，共四十三页，2022年，8月28日工作过程分析图7.9转差频率控制系统运行特性图7.10转差频率控制系统抗负载扰动过程7.1.2转差频率控制变频调速系统第十七页，共四十三页，2022年，8月28日SPWM驱动的转差频率控制变频调速系统，原理图如下。图7.11SPWM驱动的转差频率控制变频调速系统原理图7.1.2转差频率控制变频调速系统第十八页，共四十三页，2022年，8月28日电压正弦PWM逆变器图7.12SPWM逆变器主电路（a）主电路；（b）控制原理图7.1.2转差频率控制变频调速系统第十九页，共四十三页，2022年，8月28日图7.13SPWM脉宽调制方法与单极式输出相电压波形（a）正弦调制波与三角波；（b）驱动信号；（c）单极式SPWM输出相电压波形电压正弦PWM逆变器7.1.2转差频率控制变频调速系统第二十页，共四十三页，2022年，8月28日复习思考题61.为什么要采用转差频率控制方式？2.转差频率控制的条件是什么？物理系统是如何实现转差频率控制的条件的？3.转差频率控制有什么优缺点？第二十一页，共四十三页，2022年，8月28日7.2矢量变换控制变频调速系统主要内容7.2.1矢量变换控制的基本思想7.2.2矢量变换控制构成举例第二十二页，共四十三页，2022年，8月28日7.2.1矢量变换控制的基本思想异步电机的多变量数学模型异步电机的物理模型如右图。为了建立数学模型，一般作如下假设：(1)三相绕组对称，忽略空间谐波，磁势沿气隙圆周按正弦分布。(2)忽略磁饱和，各绕组的自感和互感都是线性的。(3)忽略铁损。(4)不考虑频率和温度变化对绕组的影响。图7.14异步电机物理模型第二十三页，共四十三页，2022年，8月28日图7.14异步电机物理模型(5)无论异步电机转子是绕线式还是鼠笼式，都将它等效成绕线转子，并折算到定子侧，折算前后的转子每相匝数都相等。(6)不失一般性地，可将多相绕组等效为空间上互差90电角度的两相绕组，即直轴和交轴绕组。7.2.1矢量变换控制的基本思想第二十四页，共四十三页，2022年，8月28日异步电机的多变量数学模型定子的电压方程转子的电压方程磁链方程为图7.15异步电机物理模型7.2.1矢量变换控制的基本思想第二十五页，共四十三页，2022年，8月28日分析不同绕组产生的相同旋转磁场比较直流电机和异步电机异步电机的等效直流电机模型图7.16等效的交流绕组和直流绕组（a）ABC绕组；（b）α、β绕组；（c）MT绕组图7.17交流电机的坐标变换结构图7.2.1矢量变换控制的基本思想第二十六页，共四十三页，2022年，8月28日矢量变换控制的基本思想7.2.1矢量变换控制的基本思想图7.18矢量控制的基本思想第二十七页，共四十三页，2022年，8月28日7.2.2矢量变换控制构成举例图7.19矢量控制的基本思想图7.20直接磁场定向矢量变换控制变频调速系统ASR-转速调节器；ATR-转矩调节器；AR-磁链调节器；BRT-转速传感器第二十八页，共四十三页，2022年，8月28日电流滞环型PWM逆变器图7.21滞环控制电流正弦PWM逆变器原理图图7.22滞环控制电流正弦逆变器输出电压和电流波形7.2.2矢量变换控制构成举例第二十九页，共四十三页，2022年，8月28日复习思考题71.矢量变换控制的基本原理是什么？2.描述产生相同旋转磁场的三个等效绕组及各绕组所加的电流。3.矢量变换控制中如何实现异步电机中等效直流电机转矩和励磁电流的控制？第三十页，共四十三页，2022年，8月28日7.3直接转矩控制变频调速系统主要内容7.3.1直接转矩控制的基本原理7.3.2直接转矩控制的基本结构第三十一页，共四十三页，2022年，8月28日7.3.1直接转矩控制的基本原理1.空间电压矢量的概念三组开关有8种组合8种开关状态对应8种电压状态第三十二页，共四十三页，2022年，8月28日1.空间电压矢量的概念Park矢量表达式

电压空间矢量在坐标系中的离散位置

(7.10)7.3.1直接转矩控制的基本原理第三十三页，共四十三页，2022年，8月28日1.空间电压矢量的概念7.3.1直接转矩控制的基本原理第三十四页，共四十三页，2022年，8月28日1.空间电压矢量的概念7.3.1直接转矩控制的基本原理第三十五页，共四十三页，2022年，8月28日1.空间电压矢量的概念逆变器的六个工作电压对应六个不同方向的电压矢量，它们周期性的顺序出现，相邻两个矢量之间相差60。电压空间矢量的幅值不变，都等4E/3.六个电压空间矢量的顶点构成了正六边形的六个顶点。六种状态依次经过1-2-3-4-5-6，空间矢量沿逆时针方向旋转。零状态位于六边形的中心。7.3.1直接转矩控制的基本原理第三十六页，共四十三页，2022年，8月28日2.磁链的控制实现方式难点7.3.1直接转矩控制的基本原理第三十七页，共四十三页，2022年，8月28日3.电压空间矢量对电磁转矩的影响电机的电磁转矩的大小与定子和转子磁链的幅值和两者的夹角有关。当幅值恒定时，通过控制夹角来实对转矩的控制。7.3.1直接转矩控制的基本原理第三十八页，共四十三页，2022年，8月28日3.电压空间矢量对电磁转矩的影响图7.23电压矢量对转矩的影响（a）工作电压矢量使转矩增加；（b）工作电压矢量使转矩减小7.3.1直接转矩控制的基本原理第三十九页，共四十三页，2022年，8月28日7.3.2直接转矩控制系统的基本结构1.磁链开环直接转矩控制系统第四十页，共四十三页，2022年，8月28日六边形磁链存