电动机转矩转速控制机电控制工程高钟毓课件

12六月20231机电控制工程第三章电动机转矩转速控制12六月20232概述内容旋转电动机基本原理直流电动机的原理及控制直流无刷电动机的控制永磁同步电动机的控制交流感应电动机的控制12六月20233第一节旋转电动机基本原理电磁场耦合模型电系统uri耦合电磁场eTem机械系统xωTd12六月20234电系统uri耦合电磁场eTem机械系统xωTd四端模型：电端点对选（i，ψ）机械端点对选（Tm，θ）独立变量对：（1）（ψ

，θ

）（2）（i，θ）Wm磁场能量W’m磁场同等能量12六月20235eiNi磁动势→H磁场强度→B（μH）磁通密度→

Φ（SB）磁通→

Ψ（ΦN）磁链12六月20236ei12六月20237e1i1e2i2磁场能量12六月20238e1i1e2i2i1≠0，互感项12六月20239为使Tm

≠0，必须使上式中至少一个L或M对θ的导数≠0因此有两类电动机：（1）L固定，M可变——固定磁阻电动机（至少两个回路）（2）M固定，L可变——变磁阻电动机（一个回路即可）12六月202310u1u1u固定磁阻电动机变磁阻电动机12六月202311互感电动势自感电动势速度电动势（反电动势）12六月202312能量守恒方程旋转一周后状态复原12六月202313转矩与电压平衡方程12六月202314第二节直流电动机原理和特性工作原理ϴ12六月20231512六月202316线圈多到一定程度时12六月202317线圈多到一定程度时12六月202318转矩平衡方程电压平衡方程12六月202319静态特性12六月202320TmωTb1ω01ua1Tb2ω02ua2Tb3ω03ua3uaωTd＝0Td1ua1Td2ua212六月202321动态特性12六月20232212六月20232312六月20232412六月202325第三节直流电动机驱动电路自学12六月202326第四节直流电动机转矩转速控制直流电动机转速（转矩）控制的一般形式12六月202327电流环设并令12六月20232812六月202329则12六月202330只和J有关，与Ta和Ke无关12六月20233112六月202332作用加快电流建立速度，提高频响；直接控制动态力矩；保护作用，避免过电流；12六月202333速度环12六月20233412六月202335第五节无刷直流电动机有刷直流电动机的缺点换向器火花电磁噪音易燃、易爆换向器寿命易磨损易积碳换向器加工工艺复杂、成本高转子散热不良12六月202336工作原理12六月20233712六月20233812六月202339θθθ12六月20234012六月2023412极无刷电机4极无刷电机12六月20234212六月20234312六月20234412六月202345数学模型12六月20234612六月202347无刷直流电动机的转速控制MG给定速度速度控制器电流控制器功放电流反馈速度反馈速度环电流环控制逻辑PS12六月202348第六节永磁同步电动机矢量控制工作原理12六月20234912六月20235012六月202351数学模型三相→

正交两相dq变换12六月20235212六月20235312六月20235412六月202355矢量控制PIDPIDPWM逆变器MSPS12六月202356第七节交流感应电动机原理与结构12六月20235712六月20235812六月202359等效电路等效为旋转的变压器转子感应电流折合到定子转差率12六月20236012六月202361电磁转矩发热作功12六月202362力矩为S的函数，且非线性12六月202363机械特性堵转转矩最大转矩12六月20236412六月202365第八节交流感应电动机变频调速恒压频比调速（VVVF）12六月20236612六月202367转差频率控制条件：稳定运行时，S很小（约0.02~0.05），则可认为SX’2<<R

’2，则有12六月20236812六月202369条件：Φ不变→Im不变12六月202370转速控制器电流控制器逆变器电流反馈I1*I1ΔωIMTGωω112六月202371第九节交流感应电动机矢量控制数学模型12六月202372dq变换12六月2023731.转子电压平衡方程其中直轴分量交轴分量12六月2023742.转子磁链方程直轴分量交轴分量励磁电流转子磁链角速度带入电压平衡方程可得12六月20237