第04章 交流傳動控制系統(tǒng)1

1、-1-1-1-交直流調速控制系統(tǒng)交直流調速控制系統(tǒng) 昆明學院自動控制與機械工程學院昆明學院自動控制與機械工程學院8632 64 92-2-2-2-第第4章章 交流傳動控制系統(tǒng)交流傳動控制系統(tǒng)-3-3-3- 主要內容主要內容-4-4-4-本章要求本章要求 掌握掌握異步電動機的變壓調速方法異步電動機的變壓調速方法 熟練掌握熟練掌握異步電動機的變壓變頻調速方法異步電動機的變壓變頻調速方法 了解了解繞線式轉子異步電動機的雙饋調速方法繞線式轉子異步電動機的雙饋調速方法 熟練掌握熟練掌握同步電動機的調速方法同步電動機的調速方法-5-5-5- 4.1 異步電動機的變壓控制系統(tǒng)異步電動機的變壓控制系統(tǒng)-6-6

2、-6-4.1.2.1 交流異步電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路交流異步電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路 4.1.2 交流異步電動機的變壓控制系統(tǒng)交流異步電動機的變壓控制系統(tǒng)-7-7-7- 由于籠型轉子異步電機應用非常廣泛，以下推導都假由于籠型轉子異步電機應用非常廣泛，以下推導都假定定Ur=0。 由穩(wěn)態(tài)等效電路可以寫出各穩(wěn)態(tài)電流的關系式由穩(wěn)態(tài)等效電路可以寫出各穩(wěn)態(tài)電流的關系式 smrIII（4-7） 一般情況下一般情況下Lm Lls，為推導簡便可忽略鐵損和勵磁，為推導簡便可忽略鐵損和勵磁電流，即令電流，即令Im =0，則有，則有 ssr222rsssrllUIIRRLLs（4-8）-8-8-8-異步電動機的電磁轉矩為異

3、步電動機的電磁轉矩為 2ppsr2emrer22ms2rssssr33/llnn U RsPRTIsRRLLs（4-9）2emrr3/PI Rsmsp/n電磁功率電磁功率 同步機械角轉速同步機械角轉速 式（式（4-9）就是異步電動機的機械特性方程式。它表明，）就是異步電動機的機械特性方程式。它表明，當轉速或轉差率一定時，電磁轉矩與定子電壓的平方成當轉速或轉差率一定時，電磁轉矩與定子電壓的平方成正比，因此改變定子外加電壓就可以改變機械特性的函正比，因此改變定子外加電壓就可以改變機械特性的函數(shù)關系，從而改變電動機在一定負載轉矩下的轉速數(shù)關系，從而改變電動機在一定負載轉矩下的轉速 -9-9-9-4.

4、1.2.2 交流異步電動機的變壓調速方法交流異步電動機的變壓調速方法 過去改變交流電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流勵過去改變交流電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流勵磁繞組的飽和電抗器，自從電力電子技術興起以后，這磁繞組的飽和電抗器，自從電力電子技術興起以后，這些笨重的電磁裝置就被晶閘管交流調壓器取代了。圖些笨重的電磁裝置就被晶閘管交流調壓器取代了。圖4-3給出了一個采用雙向晶閘管組成交流調壓器給出了一個采用雙向晶閘管組成交流調壓器TVC，其主，其主電路分別用電路分別用3個雙向晶閘管串接在三相電路中。個雙向晶閘管串接在三相電路中。 其調壓方式一般采用相位控制模式，由調壓控制信號其調壓方式一般采用相

5、位控制模式，由調壓控制信號Uc通過脈沖觸發(fā)電路通過脈沖觸發(fā)電路GT控制控制TVC的輸出交流電壓變化。的輸出交流電壓變化。 此外，如果此外，如果TVC的主電路由可關斷的開關器件構成，的主電路由可關斷的開關器件構成，可采用斬控方式來調節(jié)輸出交流電壓。可采用斬控方式來調節(jié)輸出交流電壓。 -10-10-10-11-11-11-4.1.2.3 異步電動機變壓調速的機械特性異步電動機變壓調速的機械特性 將式（將式（4-9）對）對s求導，并令求導，并令 ,可求出最大轉可求出最大轉矩及其對應的轉差率矩及其對應的轉差率ed/d0Ts rmax222sssrllRsRLL2psemax222sssssr32lln

6、 UTRRLL（4-10）（4-11）-12-12-12- 由式（由式（4-10）和（）和（4-11）可見，異步電動機變壓調速）可見，異步電動機變壓調速時，其電磁轉矩時，其電磁轉矩Te及最大轉矩及最大轉矩Temax隨定子電壓隨定子電壓Us下降成下降成平方比的下降，而最大轉差率平方比的下降，而最大轉差率smax則保持不變。則保持不變。-13-13-13- 為了能在恒轉矩負載下擴大調速范圍，并使電動機能為了能在恒轉矩負載下擴大調速范圍，并使電動機能在較低轉速下運行而不至于過熱，就要求電動機轉子有在較低轉速下運行而不至于過熱，就要求電動機轉子有較高的阻值，這樣的電動機在變電壓時機械特性如圖較高的阻值

7、，這樣的電動機在變電壓時機械特性如圖4-5所示。這種電動機又稱作所示。這種電動機又稱作交流力矩電動機交流力矩電動機。 -14-14-14- 綜上分析，采用普通異步電動機的變電壓調速時，調綜上分析，采用普通異步電動機的變電壓調速時，調速范圍很窄，采用高轉子電阻的力矩電動機雖然可以增速范圍很窄，采用高轉子電阻的力矩電動機雖然可以增大調速范圍，但其機械特性又變軟，因而當負載變化時大調速范圍，但其機械特性又變軟，因而當負載變化時轉速波動很大。由此說明，開環(huán)控制很難解決這些問題，轉速波動很大。由此說明，開環(huán)控制很難解決這些問題，為了提高調速精度需要采用閉環(huán)控制。為了提高調速精度需要采用閉環(huán)控制。 -15

8、-15-15-1系統(tǒng)組成與工作原理系統(tǒng)組成與工作原理 4.1.3 轉速反饋閉環(huán)控制的異步電動機變壓調速系統(tǒng)轉速反饋閉環(huán)控制的異步電動機變壓調速系統(tǒng)-16-16-16-2系統(tǒng)靜態(tài)結構與靜特性系統(tǒng)靜態(tài)結構與靜特性 根據(jù)系統(tǒng)原理圖，可以畫出如圖根據(jù)系統(tǒng)原理圖，可以畫出如圖4-7a所示的系統(tǒng)靜態(tài)所示的系統(tǒng)靜態(tài)結構框圖，圖中，結構框圖，圖中，Ks為為GT和和TVC裝置的放大系數(shù)，且裝置的放大系數(shù)，且有有Ks=Us/Uc；Kn為轉速反饋系數(shù)，即為轉速反饋系數(shù)，即Kn=Un/n ；轉速調；轉速調節(jié)器節(jié)器ASR根據(jù)其采用何種控制策略而定；根據(jù)其采用何種控制策略而定；n =f（Us，Te）由式（由式（4-9）給

9、出，為一非線性函數(shù)。）給出，為一非線性函數(shù)。-17-17-17- 如果采用如果采用PI調節(jié)器，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，調節(jié)器，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時，Un*=Un，Te=TL，實現(xiàn)無靜差控制。系統(tǒng)的靜特性如圖實現(xiàn)無靜差控制。系統(tǒng)的靜特性如圖4-7b所示。所示。 異步電動機閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)不同于直流電動機閉環(huán)變異步電動機閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)不同于直流電動機閉環(huán)變壓調速系統(tǒng)的地方在于：壓調速系統(tǒng)的地方在于： 靜特性左右兩邊都有極限，不靜特性左右兩邊都有極限，不能無限延長，它們是額定電壓能無限延長，它們是額定電壓UsN下的機械特性和最小輸下的機械特性和最小輸出電壓出電壓Usmin下的機械特性。下的機械特性。 當負載變化時，如果

10、電壓調當負載變化時，如果電壓調節(jié)到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，系統(tǒng)的工作點節(jié)到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，系統(tǒng)的工作點只能沿著極限開環(huán)特性變化。只能沿著極限開環(huán)特性變化。 -18-18-18-3系統(tǒng)近似動態(tài)結構框圖系統(tǒng)近似動態(tài)結構框圖 采用異步電動機的簡化模型。根據(jù)系統(tǒng)原理圖畫出采用異步電動機的簡化模型。根據(jù)系統(tǒng)原理圖畫出近似動態(tài)結構。這里近似動態(tài)結構。這里ASR采用采用PI調節(jié)器。按此動態(tài)結構，調節(jié)器。按此動態(tài)結構，如果已知系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的參數(shù)，可以進行系統(tǒng)分析；如如果已知系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的參數(shù)，可以進行系統(tǒng)分析；如果給定被控對象參數(shù)及系統(tǒng)性能指標，可以設計果給定被控對象參數(shù)及系統(tǒng)性能指標

11、，可以設計ASR調調節(jié)器參數(shù)以滿足系統(tǒng)要求。節(jié)器參數(shù)以滿足系統(tǒng)要求。 -19-19-19- 對于小容量異步電動機，只要供電網(wǎng)絡和變壓器的容對于小容量異步電動機，只要供電網(wǎng)絡和變壓器的容量足夠大（一般要求比電機容量大量足夠大（一般要求比電機容量大4倍以上），而供電倍以上），而供電線路并不太長線路并不太長 （起動電流造成的瞬時電壓降落低于（起動電流造成的瞬時電壓降落低于10%15%），可以直接通電起動，操作也很簡便。對），可以直接通電起動，操作也很簡便。對于容量大一些的電機，問題就不這么簡單了。于容量大一些的電機，問題就不這么簡單了。 異步電動機在工頻供電且剛起動時，異步電動機在工頻供電且剛起動時

12、，s=1ssr222rsssrllUIIRRLLs4.1.4 變壓控制在異步電動機軟起動中的應用變壓控制在異步電動機軟起動中的應用-20-20-20-ss_str_st222srssr()llUIIRRLL2ppsr2e_str_str222sssrssr33llnn U RTIRRRLL（4-12）（4-13）2ppsr2emrer22ms2rssssr33/llnn U RsPRTIsRRLLs-21-21-21- 在一般情況下，異步電動機的起動電流比較大，而在一般情況下，異步電動機的起動電流比較大，而起動轉矩并不大，其機械特性如圖起動轉矩并不大，其機械特性如圖4-9所示。所示。 -22-

13、22-22- 對于一般的籠型電動機，起動電流和起動轉矩對其額對于一般的籠型電動機，起動電流和起動轉矩對其額定值的倍數(shù)大約為定值的倍數(shù)大約為 s_stIstsN4 7IKIe_stTsteN0.9 1.3TKT（4-14）（4-15）起動電流倍數(shù)：起動電流倍數(shù)： 起動轉矩倍數(shù)：起動轉矩倍數(shù)： -23-23-23- 由于中、大容量電動機的起動電流大，使電網(wǎng)壓降過由于中、大容量電動機的起動電流大，使電網(wǎng)壓降過大，會影響其他用電設備的正常運行，甚至使該電動機大，會影響其他用電設備的正常運行，甚至使該電動機本身根本起動不起來。這時必須采取措施來降低其起動本身根本起動不起來。這時必須采取措施來降低其起動電

14、流，常用的辦法是降壓起動。電流，常用的辦法是降壓起動。 由式（由式（4-12）可知，當電壓降低時，起動電流將隨電）可知，當電壓降低時，起動電流將隨電壓成正比地降低，從而可以避開起動電流沖沖擊。但是壓成正比地降低，從而可以避開起動電流沖沖擊。但是式（式（4-13）又表明，）又表明， 起動轉矩與電壓的平方成正比，起起動轉矩與電壓的平方成正比，起動轉矩的減小將比起動電流的降低更快，降壓起動時會動轉矩的減小將比起動電流的降低更快，降壓起動時會出現(xiàn)起動轉矩夠不夠的問題。出現(xiàn)起動轉矩夠不夠的問題。 -24-24-24- 軟起動器一般采用晶閘管交流調壓器，完成起動后軟起動器一般采用晶閘管交流調壓器，完成起動

15、后可用接觸器旁路晶閘管，以免晶閘管不必要地長期工作?？捎媒佑|器旁路晶閘管，以免晶閘管不必要地長期工作。起動電流可視起動時所帶負載的大小進行調整，以獲得起動電流可視起動時所帶負載的大小進行調整，以獲得最佳的起動效果。軟起動器有幾種常用的控制模式最佳的起動效果。軟起動器有幾種常用的控制模式 1.電壓控制模式電壓控制模式 電壓控制模式是軟起動器的基本控制模式，其起動控電壓控制模式是軟起動器的基本控制模式，其起動控制過程如圖制過程如圖4-10所示。通常設置兩個參數(shù)：所示。通常設置兩個參數(shù)：起始電壓起始電壓（或起始轉矩）及（或起始轉矩）及爬坡時間爬坡時間。這種控制模式是一種。這種控制模式是一種開環(huán)開環(huán)控

16、制模式控制模式?；陔妷嚎刂颇Ｊ降能浧饎悠骺梢灾苯永谩；陔妷嚎刂颇Ｊ降能浧饎悠骺梢灾苯永媒涣髯儔浩鱽韺崿F(xiàn)，主電路結構簡單且成本低廉，系統(tǒng)交流變壓器來實現(xiàn)，主電路結構簡單且成本低廉，系統(tǒng)控制只需設置不同的調壓模式，并按一定的時序給定電控制只需設置不同的調壓模式，并按一定的時序給定電壓指令，控制簡易方便。壓指令，控制簡易方便。 -25-25-25-26-26-26- 當負載略重或靜摩擦轉矩較大時，可在電壓控制模式當負載略重或靜摩擦轉矩較大時，可在電壓控制模式上添加突跳起動，即在剛起動時給電動機施加很高的電上添加突跳起動，即在剛起動時給電動機施加很高的電壓脈沖以縮短起動時間。有些軟起動器還可同

17、時設定兩壓脈沖以縮短起動時間。有些軟起動器還可同時設定兩種電壓爬坡速率以適應變化的負載。種電壓爬坡速率以適應變化的負載。 -27-27-27- 2.電流控制模式電流控制模式 由于電動機的輸入阻抗隨轉速變化，僅靠電壓控制由于電動機的輸入阻抗隨轉速變化，僅靠電壓控制不能很好地限制起動電流。為解決這一問題，發(fā)展了不能很好地限制起動電流。為解決這一問題，發(fā)展了電流控制模式，軟起動器具有電流閉環(huán)控制能力。在電流控制模式，軟起動器具有電流閉環(huán)控制能力。在起動過程中能控制電流的幅值并保持恒定，其起動過起動過程中能控制電流的幅值并保持恒定，其起動過程如圖程如圖4-12所示。突跳起動也適用于電流控制模式所示。突

18、跳起動也適用于電流控制模式-28-28-28- 通過控制觸發(fā)角通過控制觸發(fā)角來來控制電流控制電流 ，其中，其中ki為設為設定的起動電流倍數(shù)，定的起動電流倍數(shù)，Ipeak為電流峰值。為電流峰值。當當I0.95 kiIN時，時，按余按余弦規(guī)律遞減。弦規(guī)律遞減。當當I0.95 kiIN時，時，保持保持不變。不變。系數(shù)系數(shù)0.95決定電流幅值決定電流幅值的波動范圍的波動范圍kiIN0.95kiININ-29-29-29- 3. 轉矩控制模式轉矩控制模式 在有些應用場合如帶式輸送，輸送機如果承受太大的在有些應用場合如帶式輸送，輸送機如果承受太大的轉矩，會造成皮帶內應力過大，從而減少皮帶的壽命，轉矩，會造

19、成皮帶內應力過大，從而減少皮帶的壽命，嚴重時甚至拉斷皮帶。這時候希望軟起動器能夠運行在嚴重時甚至拉斷皮帶。這時候希望軟起動器能夠運行在轉矩控制模式，使電動機的起動轉矩能夠得到某種程度轉矩控制模式，使電動機的起動轉矩能夠得到某種程度的控制。的控制。-30-30-30- 圖圖4-14是典型的軟起動器轉矩控制原理框圖，實現(xiàn)轉是典型的軟起動器轉矩控制原理框圖，實現(xiàn)轉矩控制的關鍵是要有準確的轉矩估計以構成閉環(huán)，并設矩控制的關鍵是要有準確的轉矩估計以構成閉環(huán)，并設置轉矩調節(jié)器置轉矩調節(jié)器ATR以消除轉矩給定信號與檢測信號的誤以消除轉矩給定信號與檢測信號的誤差。較簡單的轉矩估計是計算有功功率，扣除定子損耗差

20、。較簡單的轉矩估計是計算有功功率，扣除定子損耗后，根據(jù)式后，根據(jù)式 計算電動機的平均電磁轉計算電動機的平均電磁轉矩。矩。 2eacsss3/TPI R-31-31-31- 4.轉速控制模式轉速控制模式 上述的帶式傳輸機的最佳解決方案是采用轉速閉環(huán)控上述的帶式傳輸機的最佳解決方案是采用轉速閉環(huán)控制的起動方案。系統(tǒng)結構如圖制的起動方案。系統(tǒng)結構如圖4-6所示，所示， 通過轉速閉環(huán)通過轉速閉環(huán)控制，軟起動器能滿足許多應用場合的要求，如線性加控制，軟起動器能滿足許多應用場合的要求，如線性加減速、減速、S形曲線加減速、線性流量控制及形曲線加減速、線性流量控制及S形曲線流量控形曲線流量控制等。制等。 -3

21、2-32-32-內容回顧內容回顧 1、異步電動機的機械特性方程、異步電動機的機械特性方程 2、異步電動機的變壓調速方法、異步電動機的變壓調速方法2ppsr2emrer22ms2rssssr33/llnn U RsPRTIsRRLLs-33-33-33- 3、轉速反饋閉環(huán)控制的異步電動機變壓調速系統(tǒng)、轉速反饋閉環(huán)控制的異步電動機變壓調速系統(tǒng)-34-34-34- 4、系統(tǒng)靜特性、系統(tǒng)靜特性 5、異步電動機軟起動的控制模式、異步電動機軟起動的控制模式 電壓控制模式電壓控制模式爬坡時間和起始電壓，開環(huán)爬坡時間和起始電壓，開環(huán) 電流控制模式電流控制模式控制觸發(fā)角，閉環(huán)控制觸發(fā)角，閉環(huán) 轉矩控制模式轉矩控

22、制模式轉矩估算，閉環(huán)轉矩估算，閉環(huán) 轉速控制模式轉速控制模式轉速閉環(huán)轉速閉環(huán)-35-35-35-4.2 交流異步電動機變壓變頻控制系統(tǒng)交流異步電動機變壓變頻控制系統(tǒng)-36-36-36- 交流異步電動機的變壓調速系統(tǒng)優(yōu)點：交流異步電動機的變壓調速系統(tǒng)優(yōu)點： 結構簡單，控制方便和成本低廉結構簡單，控制方便和成本低廉 缺點：缺點： 1）由于隨著電壓的降低，電動機的輸出轉矩成平）由于隨著電壓的降低，電動機的輸出轉矩成平方減少，使系統(tǒng)調速范圍??；方減少，使系統(tǒng)調速范圍?。?2）系統(tǒng)靜態(tài)模型的非線性，帶來轉速調節(jié)器設計）系統(tǒng)靜態(tài)模型的非線性，帶來轉速調節(jié)器設計困難，影響系統(tǒng)的靜態(tài)精度；困難，影響系統(tǒng)的靜態(tài)

23、精度； 3）系統(tǒng)采用近似動態(tài)模型，工作點范圍受限，使）系統(tǒng)采用近似動態(tài)模型，工作點范圍受限，使固定調節(jié)器參數(shù)難以滿足高動態(tài)性能的要求。固定調節(jié)器參數(shù)難以滿足高動態(tài)性能的要求。 為克服上述困難，需要采用變壓變頻調速方法為克服上述困難，需要采用變壓變頻調速方法-37-37-37- 交流異步電動機的變壓變頻控制系統(tǒng)分兩類：交流異步電動機的變壓變頻控制系統(tǒng)分兩類：基于基于穩(wěn)態(tài)模型的和基于動態(tài)模型的。穩(wěn)態(tài)模型的和基于動態(tài)模型的。 基于穩(wěn)態(tài)模型基于穩(wěn)態(tài)模型的適用于對動態(tài)性能要求不高的場合，的適用于對動態(tài)性能要求不高的場合，如風機、水泵類負載。如風機、水泵類負載。 基于動態(tài)模型基于動態(tài)模型的高性能的適用于對

24、動態(tài)性能要求高的高性能的適用于對動態(tài)性能要求高的場合，主要有以下兩種：的場合，主要有以下兩種： 按轉子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)按轉子磁場定向的矢量控制系統(tǒng) 直接轉矩控制系統(tǒng)直接轉矩控制系統(tǒng) -38-38-38-4.2.1 變壓變頻調速的控制模式及其機械特性變壓變頻調速的控制模式及其機械特性 變壓變頻調速的基本控制策略需根據(jù)其頻率控制的變壓變頻調速的基本控制策略需根據(jù)其頻率控制的范圍而定，而實現(xiàn)基本的控制策略，又可選用不同范圍而定，而實現(xiàn)基本的控制策略，又可選用不同的控制模式的控制模式 他勵直流電動機他勵直流電動機的調速分為的調速分為基速以下基速以下采用保持磁通采用保持磁通恒定條件下的變壓調速，恒

25、定條件下的變壓調速，基速以上基速以上采用弱磁升速兩采用弱磁升速兩種控制策略種控制策略 異步電動機異步電動機變壓變頻調速也劃分為變壓變頻調速也劃分為基頻以下基頻以下調速和調速和基頻以上基頻以上調速兩個范圍，采用不同的基本控制策略調速兩個范圍，采用不同的基本控制策略-39-39-39-4.2.1.1 基本思路基本思路 為了既充分利用鐵心，又不至于使得鐵心飽和，交為了既充分利用鐵心，又不至于使得鐵心飽和，交流異步電動機調速過程中要保持電動機中每極磁通量流異步電動機調速過程中要保持電動機中每極磁通量為額定值不變。為額定值不變。 不同于他勵直流電動機勵磁回路獨立，易于保持其不同于他勵直流電動機勵磁回路獨

26、立，易于保持其恒定，如何在交流異步電動機控制中保持磁通恒定是恒定，如何在交流異步電動機控制中保持磁通恒定是實現(xiàn)變頻變壓調速的先決條件。實現(xiàn)變頻變壓調速的先決條件。-40-40-40- 三相異步電動機定子每相電動勢的有效值與定子頻三相異步電動機定子每相電動勢的有效值與定子頻率和每極氣隙磁通量的關系如下率和每極氣隙磁通量的關系如下gssNsm4.44Ef N k（4-16）氣隙磁通在定子每相中氣隙磁通在定子每相中感應電動勢的有效值感應電動勢的有效值 每極氣隙磁通量每極氣隙磁通量 在式（在式（4-16）中）中Ns和和kNs是常數(shù)，因此只要控制好是常數(shù)，因此只要控制好Eg和和fs，便可達到控制磁通的目

27、的。，便可達到控制磁通的目的。 對此需要考慮基頻對此需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。 -41-41-41-4.2.1.2 基頻以下的恒磁通調速基頻以下的恒磁通調速 在基頻以下調速時，根據(jù)式（在基頻以下調速時，根據(jù)式（4-16），要保持），要保持m不不變，當定子頻率變，當定子頻率fs從額定值從額定值fsN向下調節(jié)時，必須同時向下調節(jié)時，必須同時降低降低Eg，使二者同比例下降，即應采用，使二者同比例下降，即應采用電動勢頻率比電動勢頻率比為恒值為恒值的控制方式。的控制方式。-42-42-42- 然而，從圖然而，從圖4-15所示的籠型轉子異步電動機等

28、效電所示的籠型轉子異步電動機等效電路可見，繞組中的感應電動勢是難以直接控制的，為路可見，繞組中的感應電動勢是難以直接控制的，為達到這一目的有三種控制模式：達到這一目的有三種控制模式： 1.恒壓頻比控制模式恒壓頻比控制模式 分析圖分析圖4-15的等效電路可以發(fā)現(xiàn)，當電動機的電動的等效電路可以發(fā)現(xiàn)，當電動機的電動勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏阻抗壓降，從而勢值較高時，可以忽略定子繞組的漏阻抗壓降，從而認為定子相電壓認為定子相電壓 ，因此可以采用恒壓頻比的控，因此可以采用恒壓頻比的控制模式，即有制模式，即有sgUEssU常值（4-17）-43-43-43- 恒恒Us/ s控制模式應按照如圖控制模式

29、應按照如圖4-16所示的控制曲線實施所示的控制曲線實施控制。曲線控制。曲線為標準的恒壓頻比控制模式；曲線為標準的恒壓頻比控制模式；曲線為有為有定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制模式，通過外加一個補償定子壓降補償?shù)暮銐侯l比控制模式，通過外加一個補償電壓電壓Uco來提高初始定子電壓，以克服低頻時定子阻抗來提高初始定子電壓，以克服低頻時定子阻抗上壓降所占比重增加不能忽略的影響。在實際應用中，上壓降所占比重增加不能忽略的影響。在實際應用中，由于負載的變化，所需補償?shù)亩ㄗ訅航狄膊灰粯?，應備由于負載的變化，所需補償?shù)亩ㄗ訅航狄膊灰粯樱瑧獋溆胁煌甭实难a償曲線，以供選擇。有不同斜率的補償曲線，以供選擇。 -44-4

30、4-44- 采用恒壓頻比控制的系統(tǒng)特性如圖采用恒壓頻比控制的系統(tǒng)特性如圖4-17所示，隨著所示，隨著電壓和頻率的降低，電動機的輸出轉矩有較大的減少，電壓和頻率的降低，電動機的輸出轉矩有較大的減少，因此在低頻時需要加定子電壓補償。但是即便如此，因此在低頻時需要加定子電壓補償。但是即便如此，恒壓頻比控制模式在低頻時帶負載的能力仍然有限，恒壓頻比控制模式在低頻時帶負載的能力仍然有限，使其調速范圍受到限制并影響系統(tǒng)性能。使其調速范圍受到限制并影響系統(tǒng)性能。 -45-45-45-（4-19） 2.恒定子電動勢頻比控制模式恒定子電動勢頻比控制模式 再次分析圖再次分析圖4-15的異步電動機的等效電路，可以發(fā)

31、現(xiàn)：的異步電動機的等效電路，可以發(fā)現(xiàn)：假如能夠進一步提高定子電壓，完全補償定子阻抗的壓假如能夠進一步提高定子電壓，完全補償定子阻抗的壓降，就能實現(xiàn)恒定子電動勢頻比的控制模式，即有降，就能實現(xiàn)恒定子電動勢頻比的控制模式，即有gsE常值（4-18）gr222rsr lEIRLs轉子電流：轉子電流：-46-46-46-代入電磁轉矩關系式，可得代入電磁轉矩關系式，可得 2pg2srrerp2222ssrsr33lnEsRRTInsRsL（4-20）在式（在式（4-20）中對）中對s求導，并令求導，并令dTe/ds=0，可得最大，可得最大轉矩及對應的最大轉差率轉矩及對應的最大轉差率(臨界轉差率臨界轉差率

32、) rmaxsr lRsL2gemaxpsr312lETnL（4-21）（4-22）-47-47-47-根據(jù)式（根據(jù)式（4-20）、（）、（4-21）和（）和（4-22）畫出的的機械）畫出的的機械特性如圖特性如圖4-18所示所示rmaxsr lRsLsmax與定子頻率與定子頻率 s成反比成反比2gemaxpsr312lETnL最大轉矩因最大轉矩因Eg/ s保持恒值保持恒值而不變，這說明特性曲線而不變，這說明特性曲線應從額定曲線平行下移應從額定曲線平行下移-48-48-48- 采用恒采用恒Eg/fs控制控制模式的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模式的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能優(yōu)于恒壓頻性能優(yōu)于恒壓頻比控制模式，這比控制模式，這也正是

33、在恒壓頻也正是在恒壓頻比控制模式中采比控制模式中采用定子壓降補償用定子壓降補償所帶來的好處。所帶來的好處。-49-49-49- 3.恒轉子電動勢頻比控制模式恒轉子電動勢頻比控制模式 進一步研究圖進一步研究圖4-15的等效電路，可以設想如果能夠通的等效電路，可以設想如果能夠通過某種方式直接控制轉子電動勢，使其按照恒轉子電動過某種方式直接控制轉子電動勢，使其按照恒轉子電動勢頻比進行控制，即有勢頻比進行控制，即有rsE常值（4-23）rrr/EIRs轉子電流：轉子電流：（4-24）-50-50-50-而電磁轉矩則變?yōu)槎姶呸D矩則變?yōu)?2p2srrerpssr33nsRETInsR（4-25） 由式（

34、由式（4-25）可知，當采用恒）可知，當采用恒 Er/ s 控制模式時，異控制模式時，異步電動機的機械特性步電動機的機械特性Te=f（s）變?yōu)榫€性關系，）變?yōu)榫€性關系， 其特性其特性曲線如圖曲線如圖4-19所示，是一條下斜的直線，獲得與直流所示，是一條下斜的直線，獲得與直流電動機相同的穩(wěn)態(tài)性能。這也正是高性能交流調速系電動機相同的穩(wěn)態(tài)性能。這也正是高性能交流調速系統(tǒng)想要達到的目標。統(tǒng)想要達到的目標。-51-51-51-52-52-52- 比較三種控制模式比較三種控制模式 1) 恒恒Us/ s控制模式控制模式最容易實現(xiàn)，但系統(tǒng)性能一般，最容易實現(xiàn)，但系統(tǒng)性能一般，調速范圍有限，適用于對調速要求不

35、太高的場合，比調速范圍有限，適用于對調速要求不太高的場合，比如：風機、水泵的節(jié)能控制等；如：風機、水泵的節(jié)能控制等； 2) 恒恒Eg/ s控制模式控制模式因其定子壓降得到完全補償，在因其定子壓降得到完全補償，在調速過程中最大轉矩保持不變，系統(tǒng)性能優(yōu)于前者，調速過程中最大轉矩保持不變，系統(tǒng)性能優(yōu)于前者，但其機械特性還是非線性的，輸出轉矩的能力仍受一但其機械特性還是非線性的，輸出轉矩的能力仍受一定限制；定限制； 3) 恒恒Er/ s控制模式控制模式能獲得與直流電動機一樣的線性能獲得與直流電動機一樣的線性機械特性，其動靜態(tài)性能優(yōu)越，適用于各種高性能要機械特性，其動靜態(tài)性能優(yōu)越，適用于各種高性能要求的

36、電力傳動場合，但其控制相對復雜。求的電力傳動場合，但其控制相對復雜。 如何實現(xiàn)恒如何實現(xiàn)恒Er / s控制控制采用矢量控制方法采用矢量控制方法 -53-53-53-4.2.1.3 基頻以上的恒壓變頻調速基頻以上的恒壓變頻調速 在基頻在基頻fsN以上變頻調速時，由于定子電壓不宜超過其以上變頻調速時，由于定子電壓不宜超過其額定電壓長期運行，額定電壓長期運行， 因此一般需采取因此一般需采取Us=UsN不變的控制不變的控制策略。這時機械特性方程式及最大轉矩方程式應寫成策略。這時機械特性方程式及最大轉矩方程式應寫成2reps2222ssrssr3llsRTn UsRRsLL2emaxps222sssss

37、r312llTn URRLL（4-26）（4-27）-54-54-54- 由式（由式（4-26）和（）和（4-27）可知）可知Te及及Temax近似與定子近似與定子角頻率角頻率 s成反比。當成反比。當 s提高時，同步轉速隨之提高，提高時，同步轉速隨之提高，最大轉矩減小，機械特性上移，而形狀基本不變，最大轉矩減小，機械特性上移，而形狀基本不變，如圖如圖4-20所示。由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁通所示。由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁通勢必減弱，導致轉矩的減小，但轉速卻升高了，可勢必減弱，導致轉矩的減小，但轉速卻升高了，可以認為輸出功率基本不變。所以基頻以上變頻調速以認為輸出功率基本不變。所以基頻

38、以上變頻調速屬于弱磁恒功率調速。屬于弱磁恒功率調速。 -55-55-55-56-56-56-4.2.1.4 基頻以下和基頻以上的配合控制基頻以下和基頻以上的配合控制 如果采用籠型轉子異步電動機實現(xiàn)大范圍的調速，如果采用籠型轉子異步電動機實現(xiàn)大范圍的調速，需要基頻以下和基頻以上的配合控制，其控制策略需要基頻以下和基頻以上的配合控制，其控制策略是：是： 1）在基頻以下，以保持磁通恒定為目標，采用變）在基頻以下，以保持磁通恒定為目標，采用變壓變頻協(xié)調控制；壓變頻協(xié)調控制； 2）在基頻以上，以保持定子電壓恒定為目標，采）在基頻以上，以保持定子電壓恒定為目標，采用恒壓變頻控制。用恒壓變頻控制。-57-5

39、7-57- 配合控制的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性如圖配合控制的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性如圖4-21所示，基頻以下變所示，基頻以下變壓變頻控制時，其磁通保持恒定，轉矩也恒定，屬于壓變頻控制時，其磁通保持恒定，轉矩也恒定，屬于恒恒轉矩調速轉矩調速性質；基頻以上恒壓變頻控制時，其磁通減小，性質；基頻以上恒壓變頻控制時，其磁通減小，轉矩也減小，但功率保持不變，屬于弱磁轉矩也減小，但功率保持不變，屬于弱磁恒功率調速恒功率調速性性質。這與他勵直流電動機的配合控制相似。質。這與他勵直流電動機的配合控制相似。-58-58-58-1系統(tǒng)組成與控制原理系統(tǒng)組成與控制原理 轉速開環(huán)的交流調速系統(tǒng)由電壓型轉速開環(huán)的交流調速系統(tǒng)由電壓型PWM變

40、頻器作變頻器作為供電電源，采用恒為供電電源，采用恒Us/ s控制模式?？刂颇Ｊ?。 4.2.2 轉速開環(huán)恒壓頻比控制的調速系統(tǒng)轉速開環(huán)恒壓頻比控制的調速系統(tǒng) 函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器FG產生由恒產生由恒Us/ s控制曲線決定控制曲線決定的的U*s 電壓發(fā)生器電壓發(fā)生器VG根據(jù)根據(jù)Us和和s計算三相電壓計算三相電壓給定信號給定信號-59-59-59- 轉速開環(huán)的恒壓頻比控制調速系統(tǒng)的優(yōu)缺點：轉速開環(huán)的恒壓頻比控制調速系統(tǒng)的優(yōu)缺點： 優(yōu)點：優(yōu)點：結構簡單，便于控制，采用通用變頻器選結構簡單，便于控制，采用通用變頻器選型方便，價格低廉，系統(tǒng)可靠。型方便，價格低廉，系統(tǒng)可靠。 缺點：缺點：由于是開環(huán)控制，系

41、統(tǒng)的動靜態(tài)性能有限，由于是開環(huán)控制，系統(tǒng)的動靜態(tài)性能有限，適用于對調速指標要求不太高的場合，比如風機適用于對調速指標要求不太高的場合，比如風機和泵類負載的節(jié)能控制等。和泵類負載的節(jié)能控制等。 2應用實例應用實例-風機、水泵節(jié)能控制風機、水泵節(jié)能控制 能源和環(huán)境是目前全球經濟發(fā)展中倍受關注的兩大能源和環(huán)境是目前全球經濟發(fā)展中倍受關注的兩大問題。電氣傳動系統(tǒng)是能源的消耗大戶，據(jù)報道，問題。電氣傳動系統(tǒng)是能源的消耗大戶，據(jù)報道，我國發(fā)電總量的我國發(fā)電總量的60%以上是通過電動機消耗的。風以上是通過電動機消耗的。風機和泵類是長期以來最為常用的生產設備，其電氣機和泵類是長期以來最為常用的生產設備，其電氣

42、傳動裝置的容量約占工業(yè)電氣傳動總容量的傳動裝置的容量約占工業(yè)電氣傳動總容量的50%。-60-60-60- 傳統(tǒng)上，風機和泵類的電氣傳動裝置多采用恒速控傳統(tǒng)上，風機和泵類的電氣傳動裝置多采用恒速控制，其電氣傳動系統(tǒng)較為簡單，一般采用三相交流母制，其電氣傳動系統(tǒng)較為簡單，一般采用三相交流母線供電、電器控制、籠型異步電動機恒速傳動。通常線供電、電器控制、籠型異步電動機恒速傳動。通常做工廠設計時，按生產中可能需要的最大風量與流量做工廠設計時，按生產中可能需要的最大風量與流量選擇風機和泵，并留有一定的裕量。拖動風機和泵類選擇風機和泵，并留有一定的裕量。拖動風機和泵類的電動機實際傳動功率為的電動機實際傳動

43、功率為 mPQH（4-28）功率系數(shù)功率系數(shù) 風機的風量或水泵的流量風機的風量或水泵的流量 -61-61-61-H為風機的風壓或水泵的揚程，且有為風機的風壓或水泵的揚程，且有 2001HHHQ（4-29） H0為風機和水泵流量為零時的揚程，即有為風機和水泵流量為零時的揚程，即有Q=0時，時，H=H0。 在實際生產中，由于電動機恒速運行，工作在滿在實際生產中，由于電動機恒速運行，工作在滿速，只能通過擋板或閥門來調節(jié)風量和流量。風機速，只能通過擋板或閥門來調節(jié)風量和流量。風機和泵類負載采用恒速拖動的工作特性曲線如圖和泵類負載采用恒速拖動的工作特性曲線如圖4-23a所示所示 -62-62-62- （

44、1）采用恒速控制，運行于）采用恒速控制，運行于額定轉速額定轉速 曲線曲線C1，擋板或閥門全部打，擋板或閥門全部打開，輸出的風量或流量為開，輸出的風量或流量為QA，風壓或揚程為風壓或揚程為HA 曲線曲線C2，將擋板或閥門部分，將擋板或閥門部分關閉，輸出的風量或流量為關閉，輸出的風量或流量為QB，風壓或揚程為，風壓或揚程為HB 存在的問題存在的問題：雖然：雖然Q減小，減小，但是但是H增加，電動機的輸出增加，電動機的輸出功率變化不大，能源利用率功率變化不大，能源利用率降低降低 如何提高能源利用率？如何提高能源利用率？mPQH-63-63-63- （2）采用調速控制）采用調速控制 電動機轉速減小到電動

45、機轉速減小到n，風，風量和流量為量和流量為QA =QB QA 風壓或揚程同時降為風壓或揚程同時降為HA HA 結論結論：采用調速控制可：采用調速控制可以減少輸出功率，實現(xiàn)以減少輸出功率，實現(xiàn)節(jié)能節(jié)能mPQH-64-64-64-內容回顧內容回顧 1、基頻以下的恒磁通調速、基頻以下的恒磁通調速 1) 恒恒Us/ s控制模式控制模式最容易實現(xiàn)，但系統(tǒng)性能一般，最容易實現(xiàn)，但系統(tǒng)性能一般，調速范圍有限調速范圍有限 2) 恒恒Eg/ s控制模式控制模式因其定子壓降得到完全補償，在因其定子壓降得到完全補償，在調速過程中最大轉矩保持不變，系統(tǒng)性能優(yōu)于前者，調速過程中最大轉矩保持不變，系統(tǒng)性能優(yōu)于前者，但其機

46、械特性還是非線性的，輸出轉矩的能力仍受但其機械特性還是非線性的，輸出轉矩的能力仍受一定限制一定限制 3) 恒恒Er/ s控制模式控制模式能獲得與直流電動機一樣的線性能獲得與直流電動機一樣的線性機械特性，其動靜態(tài)性能優(yōu)越，適用于各種高性能機械特性，其動靜態(tài)性能優(yōu)越，適用于各種高性能要求的電力傳動場合，但其控制相對復雜要求的電力傳動場合，但其控制相對復雜-65-65-65- 2、基頻以上的恒壓變頻調速、基頻以上的恒壓變頻調速-66-66-66- 3、基頻以下和基頻以上的配合控制、基頻以下和基頻以上的配合控制-67-67-67- 4、轉速開環(huán)恒壓頻比控制的調速系統(tǒng)、轉速開環(huán)恒壓頻比控制的調速系統(tǒng)-6

47、8-68-68- 5、風機、水泵節(jié)能控制、風機、水泵節(jié)能控制mPQH-69-69-69-4.2.3 轉速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調速系統(tǒng)轉速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調速系統(tǒng) 為了克服開環(huán)控制的不足，提高系統(tǒng)性能，需引入為了克服開環(huán)控制的不足，提高系統(tǒng)性能，需引入轉速反饋控制。轉速反饋控制。 1系統(tǒng)組成和控制原理系統(tǒng)組成和控制原理 系統(tǒng)仍選用電壓型系統(tǒng)仍選用電壓型PWM變頻器作為異步電動機的供變頻器作為異步電動機的供電電源，變壓變頻采取恒電電源，變壓變頻采取恒Eg/ s控制模式，并引入了控制模式，并引入了轉速反饋。轉速反饋。 SE-70-70-70- 2轉差頻率控制策略轉差頻率控制策略 （1

48、）恒）恒Eg/ s控制算法控制算法 利用函數(shù)發(fā)生器或算法實現(xiàn)恒利用函數(shù)發(fā)生器或算法實現(xiàn)恒Eg / s控制模式，即控制模式，即gsE常值（4-30）其目的是為了保持異步電動機定子氣隙磁通其目的是為了保持異步電動機定子氣隙磁通 m恒定。恒定。 -71-71-71- （2）轉差頻率限幅控制）轉差頻率限幅控制 由于調速系統(tǒng)的動態(tài)性能取決于對轉矩控制的能力，由于調速系統(tǒng)的動態(tài)性能取決于對轉矩控制的能力，類似于直流電動機利用控制電樞電流來控制電磁轉矩的類似于直流電動機利用控制電樞電流來控制電磁轉矩的思路，考慮到采用恒思路，考慮到采用恒Eg/ s控制模式，根據(jù)式（控制模式，根據(jù)式（4-20）計）計算電磁轉矩

49、算電磁轉矩2gsrep2222srsr3lEsRTnRsLsgssNsmsNsmssNsm14.444.4422Ef N kN kN k-72-72-72-222srepsNsm2222rsr32lsRTn N kRsL22mpsNs32Kn N kssls2sremm2222rsrllRTKRsL（4-32）-73-73-73- 當電動機穩(wěn)態(tài)運行時，因當電動機穩(wěn)態(tài)運行時，因s值很小，值很小， sl也很小，這時可也很小，這時可以認為以認為 slLlrRr，則轉矩公式可以近似為，則轉矩公式可以近似為 2semmrlTKR（4-33） 式（式（4-33）表明，當異步電動機在）表明，當異步電動機在s

50、值很小的穩(wěn)態(tài)值很小的穩(wěn)態(tài)運行范圍內，如果能夠保持定子氣隙磁通運行范圍內，如果能夠保持定子氣隙磁通 m不變，不變， 其電磁轉矩其電磁轉矩Te與轉差角頻率與轉差角頻率 sl成正比。成正比。 這意味著在這意味著在異步電動機中控制異步電動機中控制 sl，就象在直流電動機中控制電樞，就象在直流電動機中控制電樞電流一樣，能夠達到間接控制轉矩的目的。電流一樣，能夠達到間接控制轉矩的目的。 -74-74-74- 為了控制為了控制 sl，在系統(tǒng)中設置轉速調節(jié)器，在系統(tǒng)中設置轉速調節(jié)器ASR，其，其輸出作為轉差給定信號輸出作為轉差給定信號 *sl；為限制異步電動機在穩(wěn)；為限制異步電動機在穩(wěn)態(tài)范圍內運行，設置態(tài)范圍

51、內運行，設置ST飽和限幅，使得轉差角頻率飽和限幅，使得轉差角頻率 sl在限幅范圍內與電磁轉矩在限幅范圍內與電磁轉矩Te成正比，并對式（成正比，并對式（4-32）取取dTe/d sl =0，求取最大轉差，求取最大轉差 slmax作為限幅值，即作為限幅值，即有有 rs maxrllRL（4-34）-75-75-75- 這樣就可以通過轉差控制來控制轉矩，并能基本這樣就可以通過轉差控制來控制轉矩，并能基本保持保持Te與與 sl成正比，其作用就象在直流調速系統(tǒng)中成正比，其作用就象在直流調速系統(tǒng)中用電樞電流控制轉矩相似。因此，基于轉差頻率控用電樞電流控制轉矩相似。因此，基于轉差頻率控制的異步電動機轉速閉環(huán)

52、調速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到制的異步電動機轉速閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)性能得到了改善。了改善。 必須指出，必須指出，上述轉差頻率控制規(guī)律是在保持上述轉差頻率控制規(guī)律是在保持 m恒恒定的前提下獲得的，而采用恒定的前提下獲得的，而采用恒Eg/ s控制就是為了達控制就是為了達到保持到保持 m恒定的目的。恒定的目的。 -76-76-76- 如果系統(tǒng)中如果系統(tǒng)中ASR采用采用PI調節(jié)器，可以實現(xiàn)無靜差調調節(jié)器，可以實現(xiàn)無靜差調速，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度有較大的提高。又因采用了恒速，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度有較大的提高。又因采用了恒定子電動勢頻比控制模式，即滿足恒定子電動勢頻比控制模式，即滿足恒Eg/ s控制特性，控制特性， 因此

53、，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能如圖因此，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能如圖4-18所示，其輸出的最大所示，其輸出的最大轉矩在調速過程中保持不變，具有低頻帶負載的能力，轉矩在調速過程中保持不變，具有低頻帶負載的能力，擴大了調速范圍。擴大了調速范圍。 然而，盡管轉速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調速然而，盡管轉速閉環(huán)恒定子電動勢頻比控制的調速系統(tǒng)具有較好的動、靜態(tài)性能，但是還不能完全達到系統(tǒng)具有較好的動、靜態(tài)性能，但是還不能完全達到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，具有一定的局限性。其主要直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平，具有一定的局限性。其主要原因在于：原因在于：-77-77-77- 1）采用）采用FG實現(xiàn)恒實現(xiàn)恒Eg/ s控制算法依賴于定子壓降補償控

54、制算法依賴于定子壓降補償U*co，但其大小與定子電流有關，因此固定的，但其大小與定子電流有關，因此固定的U*co設置設置會帶來補償誤差；會帶來補償誤差； 2）轉差頻率控制的系統(tǒng)分析和設計是基于穩(wěn)態(tài)模型）轉差頻率控制的系統(tǒng)分析和設計是基于穩(wěn)態(tài)模型的，因此保持恒定只有在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時成立，在動態(tài)過程的，因此保持恒定只有在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時成立，在動態(tài)過程中的變化會影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能；中的變化會影響系統(tǒng)的實際動態(tài)性能； 3）在頻率控制環(huán)節(jié)，定子頻率由轉子和轉差頻率合）在頻率控制環(huán)節(jié)，定子頻率由轉子和轉差頻率合成，即成，即 *s= r+ *sl，但是由于轉速檢測的誤差會造成頻，但是由于轉速檢測的誤差會造成頻率

55、控制信號的誤差。率控制信號的誤差。 如果需要進一步提高系統(tǒng)性能，則應采用動態(tài)模型來如果需要進一步提高系統(tǒng)性能，則應采用動態(tài)模型來描述系統(tǒng)，并設法采用恒描述系統(tǒng)，并設法采用恒Er/ s控制模式，控制模式， 這是矢量控這是矢量控制要解決的問題。制要解決的問題。-78-78-78-4.2.4 按轉子磁場定向的矢量控制系統(tǒng)按轉子磁場定向的矢量控制系統(tǒng) 異步電動機的動態(tài)數(shù)學模型，是一個高階、非線性、異步電動機的動態(tài)數(shù)學模型，是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，雖然通過坐標變換有所簡化，強耦合的多變量系統(tǒng)，雖然通過坐標變換有所簡化，但其非線性和多變量的性質沒有改變。但其非線性和多變量的性質沒有改變。

56、為了進一步簡化系統(tǒng)模型，使之易于控制并提高性為了進一步簡化系統(tǒng)模型，使之易于控制并提高性能，許多專家學者進行了不懈的努力，終于在上世能，許多專家學者進行了不懈的努力，終于在上世紀紀70年代初提出了矢量控制（年代初提出了矢量控制（VC）概念，其后經過）概念，其后經過不斷發(fā)展，基于矢量控制的變頻調速系統(tǒng)成為今天不斷發(fā)展，基于矢量控制的變頻調速系統(tǒng)成為今天高性能交流電動機轉速控制的主流方案之一。高性能交流電動機轉速控制的主流方案之一。-79-79-79- 1矢量控制系統(tǒng)的解耦模型矢量控制系統(tǒng)的解耦模型 由第由第2章的交流電動機建模理論，當兩相旋轉章的交流電動機建模理論，當兩相旋轉d-q坐標坐標系的旋

57、轉速度等于定子供電頻率且取系的旋轉速度等于定子供電頻率且取d軸沿著轉子磁鏈軸沿著轉子磁鏈的方向時，就稱為的方向時，就稱為按轉子磁鏈定向的旋轉坐標系按轉子磁鏈定向的旋轉坐標系，按轉，按轉子磁場定向的異步電動機數(shù)學模型如下子磁場定向的異步電動機數(shù)學模型如下msdsssdrss sqrpp(290)LuRLiL iL mmsdsssdrdss sqsrqrrpp(285)LLuRLiL iLL 2msr1LL L 電機的漏磁系數(shù)電機的漏磁系數(shù) -80-80-80-msqsssq1s sdsrrp(291)LuRLiL iLmmsqsssqrqss sdsrdrrpp(286)LLuRLiL iLL

58、mrsdr(292)1pLiTmrdsdrdrqrr10p(287)slLiTT （4-35）勵磁電流分量勵磁電流分量-81-81-81-mepr sqr(293)LTniLe() (289)mrd sqrq spdrLTiiLn（4-36）電磁轉矩電磁轉矩分量分量-82-82-82- 式（式（4-35）表明：）表明： 轉子磁鏈僅由定子電流勵磁分量轉子磁鏈僅由定子電流勵磁分量isd產生，與轉矩分產生，與轉矩分量量isq無關，即定子電流的勵磁分量與轉矩分量是解無關，即定子電流的勵磁分量與轉矩分量是解耦的耦的 r與與isd之間的關系是一階慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為之間的關系是一階慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為

59、轉子磁鏈勵磁時間常數(shù)轉子磁鏈勵磁時間常數(shù)Tr 如果能保持轉子磁鏈恒定，則電磁轉矩就由定子電如果能保持轉子磁鏈恒定，則電磁轉矩就由定子電流轉矩分量流轉矩分量isq控制，這與直流電動機的轉矩由電樞控制，這與直流電動機的轉矩由電樞電流控制相仿電流控制相仿mrsdr(292)1pLiT（4-35）-83-83-83- 式（式（4-35）、式（）、式（4-36）構成按轉子磁場定向的矢量）構成按轉子磁場定向的矢量控制基本方程式，按照這組基本方程式，以電流為主要控制基本方程式，按照這組基本方程式，以電流為主要變量，可建立如圖變量，可建立如圖4-25所示的異步電動機的矢量變換與所示的異步電動機的矢量變換與電流

60、解耦模型。電流解耦模型。 -84-84-84- 圖中異步電動機模型通過矢量變換，將定子電流解圖中異步電動機模型通過矢量變換，將定子電流解耦成耦成isd和和isq兩個分量，如果轉子磁鏈保持恒定，則系統(tǒng)兩個分量，如果轉子磁鏈保持恒定，則系統(tǒng)被分成被分成Te（ r）和）和r兩個子系統(tǒng)，就象直流電動機分兩個子系統(tǒng)，就象直流電動機分為勵磁和電樞兩個子系統(tǒng)一樣，因而又稱為等效直流為勵磁和電樞兩個子系統(tǒng)一樣，因而又稱為等效直流電動機模型。電動機模型。 2矢量控制系統(tǒng)的基本思想和解決方案矢量控制系統(tǒng)的基本思想和解決方案 由圖由圖4-25的異步電動機的電流解耦模型可見，通過的異步電動機的電流解耦模型可見，通過坐