基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二課件

1、基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二電力拖動自動控制系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第第5章章基于穩(wěn)態(tài)模型的異基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)步電動機調(diào)速系統(tǒng) 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速l在基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速在基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中，采用穩(wěn)態(tài)等值電路來分析系統(tǒng)中，采用穩(wěn)態(tài)等值電路來分析異步電動機在不同電壓和頻率供電異步電動機在不同電壓和頻率供電條件下的轉(zhuǎn)矩與磁通的穩(wěn)態(tài)關(guān)系和條件下的轉(zhuǎn)矩與磁通的穩(wěn)態(tài)關(guān)系和機械特性，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計異步機械特性，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計異步電動機調(diào)速系統(tǒng)。

2、電動機調(diào)速系統(tǒng)?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基于穩(wěn)態(tài)模型的調(diào)速方法基于穩(wěn)態(tài)模型的調(diào)速方法l常用的基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機常用的基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速方法有調(diào)壓調(diào)速和變壓變頻調(diào)調(diào)速方法有調(diào)壓調(diào)速和變壓變頻調(diào)速兩類。速兩類?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.1 異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法型和調(diào)速方法l異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括異步電動異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括異步電動機穩(wěn)態(tài)等值電路和機械特性，兩者既有機穩(wěn)態(tài)等值電路和機械特性，兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。聯(lián)系，又有區(qū)別。穩(wěn)態(tài)等值電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率穩(wěn)態(tài)等值電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率下電動機的穩(wěn)

3、態(tài)電氣特性。下電動機的穩(wěn)態(tài)電氣特性。機械特性則表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率（或機械特性則表征了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5設(shè)起動時旋轉(zhuǎn)磁場方向如圖為逆時針，磁場轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)子導(dǎo)體靜止，與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在著相對運動，根據(jù)右手定則, 轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)電動勢和電流方向如圖：上進下出根據(jù)左手定則，載流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受力，形成電磁轉(zhuǎn)矩T，方向如圖，驅(qū)動轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)。三相異步電動機的基本工作原理回顧三相異步電動機的基本工作原理回顧右手定則決定電流方向左手定則決定導(dǎo)條受力方向轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是小于旋 轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。 所以稱為異步電動機 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)

4、速系統(tǒng)-13電二5.1.1異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型l轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系11nnsn1(1)ns n或或 電動機極對數(shù)電動機極對數(shù) 供電電源頻率供電電源頻率 l同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 1160pfnn1fpn基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路圖圖5-1 異步電動機異步電動機T型等效電路型等效電路假定條件：忽略空間和時間諧波，假定條件：忽略空間和時間諧波，忽略磁飽和，忽略鐵損忽略磁飽和，忽略鐵損基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二模擬電阻，等效負(fù)載電阻轉(zhuǎn)子實際電阻基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步

5、電動機穩(wěn)異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路態(tài)等效電路圖圖5-2 異步電動機簡化等效電路異步電動機簡化等效電路忽略勵磁電流忽略勵磁電流基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路2212lrlsrssrsLLsRRUIIl簡化等效電路的相電流簡化等效電路的相電流基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性l異步電動機傳遞的電磁功率異步電動機傳遞的電磁功率 l機械同步角速度機械同步角速度 sRIPrrm2 3pmn11基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性l異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩（機械特性

6、方程式異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩（機械特性方程式 ）22122122212122 113/33lrlsrsrsplrlsrsrsprrpmmeLLsRsRsRUnLLsRRsRUnsRInPT2212lrlsrssrsLLsRRUIIsRIPrrm2 3pmn11基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性對對s求導(dǎo)，并令求導(dǎo)，并令 0dsdTel可求出臨界轉(zhuǎn)差率：對應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率可求出臨界轉(zhuǎn)差率：對應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率2212)(lrlssrmLLRRs基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二l將將sm代入轉(zhuǎn)矩計算公式可得最大轉(zhuǎn)矩，又稱臨界轉(zhuǎn)矩代入轉(zhuǎn)矩計算

7、公式可得最大轉(zhuǎn)矩，又稱臨界轉(zhuǎn)矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnT基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性將機械特性方程式分母展開將機械特性方程式分母展開2222222112222222113232psresrsrlslrpsrlslrssrrn U R sTs RRsR RsLLn U R sLLsR ssR RR 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性當(dāng)當(dāng)s很小時，忽略分母中含很小時，忽略分母中含s各項各項213psern U sTsRl轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)矩近似與s成正比，機械特性近似為直線

8、成正比，機械特性近似為直線22222221132psrelslrssrrn U R sTLLsR ssR RR 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性當(dāng)當(dāng)s較大時，忽略分母中較大時，忽略分母中s的一次項和零次項的一次項和零次項l轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)矩近似與s成反比，機械特性是一段雙曲成反比，機械特性是一段雙曲線線22221131psreslslrn U RTss RLL基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性l異步電動機由額異步電動機由額定電壓、額定頻定電壓、額定頻率供電，且無外率供電，且無外加電阻和電抗時加電阻和電

9、抗時的機械特性方程的機械特性方程式，稱作固有特式，稱作固有特性或自然特性。性或自然特性。圖圖5-3 異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.1.2異步電動機的調(diào)速方異步電動機的調(diào)速方法與氣隙磁通法與氣隙磁通l異步電動機的調(diào)速方法異步電動機的調(diào)速方法所謂調(diào)速，就是人為地改變機械特性所謂調(diào)速，就是人為地改變機械特性的參數(shù)，使電動機的穩(wěn)定工作點偏離固有的參數(shù)，使電動機的穩(wěn)定工作點偏離固有特性，工作在人為機械特性上，以達到調(diào)特性，工作在人為機械特性上，以達到調(diào)速的目的。速的目的。基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機的調(diào)速方法異步電動機的調(diào)速

10、方法由異步電動機的機械特性方程式由異步電動機的機械特性方程式可知，能夠改變的參數(shù)可分為可知，能夠改變的參數(shù)可分為3類：類：電動機參數(shù)、電源電壓和電源頻率（或角頻電動機參數(shù)、電源電壓和電源頻率（或角頻率）。率）。22222113psresrlslrn U R sTsRRsLL基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電動機的氣隙磁通異步電動機的氣隙磁通l三相異步電動機定子每相電動勢的有效值三相異步電動機定子每相電動勢的有效值忽略定子繞組電阻和漏磁感抗壓降忽略定子繞組電阻和漏磁感抗壓降14.44SgsmNEf N k14.44SsgsmNUEf N k基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二

11、異步電動機的氣隙磁通異步電動機的氣隙磁通l氣隙磁通氣隙磁通 l為了保持氣隙磁通恒定，應(yīng)使為了保持氣隙磁通恒定，應(yīng)使 11/mgsEfUf1gEf常數(shù)s1Uf常數(shù)或近似為或近似為 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速l保持電源頻率為額定頻率，只改變定保持電源頻率為額定頻率，只改變定子電壓的調(diào)速方法稱作調(diào)壓調(diào)速。子電壓的調(diào)速方法稱作調(diào)壓調(diào)速。l由于受電動機絕緣和磁路飽和的限制，由于受電動機絕緣和磁路飽和的限制，定子電壓只能降低，不能升高，故又定子電壓只能降低，不能升高，故又稱作降壓調(diào)速。稱作降壓調(diào)速?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二異步電

12、動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速l調(diào)壓調(diào)速的基本特征：電動機同步轉(zhuǎn)速保調(diào)壓調(diào)速的基本特征：電動機同步轉(zhuǎn)速保持額定值不變持額定值不變 l氣隙磁通氣隙磁通 隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速。隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速。11160NNpfnnn14.44SsmsNUf N k基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.1 異步電動機調(diào)壓調(diào)速的異步電動機調(diào)壓調(diào)速的主電路主電路圖圖5-4 晶閘管交流調(diào)壓器調(diào)速晶閘管交流調(diào)壓器調(diào)速TVC雙雙向晶閘管向晶閘管交流調(diào)壓交流調(diào)壓器器a) 不可逆不可逆電路電路b) 可逆電可逆電路路基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.2 異步電動機調(diào)

13、壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性可調(diào)可調(diào) l調(diào)壓調(diào)速的機械特性表達式調(diào)壓調(diào)速的機械特性表達式22222113psresrlslrn U R sTsRRsLLsUl電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性l臨界轉(zhuǎn)差率保持不變臨界轉(zhuǎn)差率保持不變 l理想空載轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速不變理想空載轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速不變 01Nnn2212)(lrlssrmLLRRs基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機

14、械特性l臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnTl 隨定子電壓的減小而成平方比地下隨定子電壓的減小而成平方比地下降降基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性圖圖5-5 異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性l帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，普通籠型異步電動機降帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，普通籠型異步電動機降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為 調(diào)速范圍有限，圖中調(diào)速范圍有限，圖中A、

15、B、C為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在不同電壓時的穩(wěn)定工作點。在不同電壓時的穩(wěn)定工作點。l帶風(fēng)機類負(fù)載運行，調(diào)速范圍可以稍大一帶風(fēng)機類負(fù)載運行，調(diào)速范圍可以稍大一些，圖中些，圖中D、E、F為風(fēng)機類負(fù)載在不同電壓為風(fēng)機類負(fù)載在不同電壓時的穩(wěn)定工作點。時的穩(wěn)定工作點。0mss基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時，定子側(cè)輸入的電帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時，定子側(cè)輸入的電磁功率磁功率故電磁功率恒定不變，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。故電磁功率恒定不變，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。 11LmmLpTPTn1LT、均為常數(shù)均為常數(shù) 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系

16、統(tǒng)-13電二5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性l轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 隨著轉(zhuǎn)差率的加大而增加。隨著轉(zhuǎn)差率的加大而增加。l帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的降壓調(diào)速就是靠增大轉(zhuǎn)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的降壓調(diào)速就是靠增大轉(zhuǎn)差功率、減小輸出功率來換取轉(zhuǎn)速的降低。差功率、減小輸出功率來換取轉(zhuǎn)速的降低。l增加的轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，增加的轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，這就是轉(zhuǎn)差功率消耗型的由來。這就是轉(zhuǎn)差功率消耗型的由來。1 LsmmLpTPsPsTsn基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.2 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性的機械特性l增加轉(zhuǎn)子電阻值，增加轉(zhuǎn)子電阻值，

17、臨界轉(zhuǎn)差率加大，臨界轉(zhuǎn)差率加大，可以擴大恒轉(zhuǎn)矩負(fù)可以擴大恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的調(diào)速范圍，載下的調(diào)速范圍，這種高轉(zhuǎn)子電阻電這種高轉(zhuǎn)子電阻電動機又稱作交流力動機又稱作交流力矩電動機。矩電動機。l缺點是機械特性缺點是機械特性較軟。較軟。 圖圖5-6 高轉(zhuǎn)子電阻電動機（交流力矩高轉(zhuǎn)子電阻電動機（交流力矩電動機）在不同電壓下的機械特性電動機）在不同電壓下的機械特性2212)(lrlssrmLLRRs基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.3 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)l要求帶恒轉(zhuǎn)要求帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)矩負(fù)載的調(diào)壓系統(tǒng)具有壓系統(tǒng)具有較大的調(diào)速較大的調(diào)速范圍時，往范圍時，往往須采用帶往須采

18、用帶轉(zhuǎn)速反饋的轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系閉環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)。圖圖5-7 帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.3 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)l當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載穩(wěn)定時，如果負(fù)載增大或減當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載穩(wěn)定時，如果負(fù)載增大或減小，引起轉(zhuǎn)速下降或上升，反饋控制作用小，引起轉(zhuǎn)速下降或上升，反饋控制作用會自動調(diào)整定子電壓，使閉環(huán)系統(tǒng)工作在會自動調(diào)整定子電壓，使閉環(huán)系統(tǒng)工作在新的穩(wěn)定工作點。新的穩(wěn)定工作點。l按照反饋控制規(guī)律，將穩(wěn)定工作點連接起按照反饋控制規(guī)律，將穩(wěn)定工作點連接起來便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。來便是閉環(huán)系統(tǒng)

19、的靜特性?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.2.3 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)l靜特性左右靜特性左右兩邊都有極兩邊都有極限，它們是限，它們是額定電壓下額定電壓下的機械特性的機械特性和最小輸出和最小輸出電壓下的機電壓下的機械特性。械特性。圖圖5-8 轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的交流轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜特性調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜特性sNUminsU基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二*5.2.4降壓控制應(yīng)用降壓控制應(yīng)用l三相異步電動機直接接電網(wǎng)起動時，起動三相異步電動機直接接電網(wǎng)起動時，起動電流比較大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大。電流比較大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大。2212lrlsrss

20、rstsstLLRRUII2212lrlsrssrsLLsRRUII基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二2222113psrestsrlslrn U RTRRLL22222113psresrlslrn U R sTsRRsLL基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二*5.2.4降壓控制應(yīng)用降壓控制應(yīng)用l中、大容量電動機的起動電流大，會使電中、大容量電動機的起動電流大，會使電網(wǎng)壓降過大，影響其它用電設(shè)備的正常運網(wǎng)壓降過大，影響其它用電設(shè)備的正常運行，甚至使該電動機本身根本起動不起來。行，甚至使該電動機本身根本起動不起來。l必須采取措施來降低其起動電流，常用的必須采取措施來降低其起動電流，

21、常用的辦法是降壓起動。辦法是降壓起動?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二*軟起動器軟起動器l當(dāng)電壓降低時，起動電流將隨電壓成正比當(dāng)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擊的高地降低，從而可以避開起動電流沖擊的高峰。峰。l起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩的減小將比起動電流的降低更多，降壓起的減小將比起動電流的降低更多，降壓起動時又會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩不夠的問題。動時又會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩不夠的問題。l降壓起動只適用于中、大容量電動機空載降壓起動只適用于中、大容量電動機空載（或輕載）起動的場合。（或輕載）起動的場合?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電

22、動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.3 異步電動機變壓變頻調(diào)速異步電動機變壓變頻調(diào)速l變壓變頻調(diào)速是改變異步電動機同步轉(zhuǎn)速變壓變頻調(diào)速是改變異步電動機同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速隨頻率而變化的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速隨頻率而變化ppnnfn26060111基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.3.1 變壓變頻調(diào)速的基本原理變壓變頻調(diào)速的基本原理l異步電動機的實際轉(zhuǎn)速異步電動機的實際轉(zhuǎn)速 1111(1)ns nnsnnnl穩(wěn)態(tài)速降穩(wěn)態(tài)速降 1snn 隨負(fù)載大小變化隨負(fù)載大小變化 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二氣隙磁通氣隙磁通控制控制l只要控制只要控制14.44SgsmNEf N k1

23、4.44SsgsmNUEf N k便可控制氣隙磁通便可控制氣隙磁通 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l當(dāng)異步電動機在基頻（額定頻率）以下運當(dāng)異步電動機在基頻（額定頻率）以下運行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電機行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果磁通過大，又的鐵心，是一種浪費；如果磁通過大，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時還會因繞組過熱而損壞電機。嚴(yán)重時還會因繞組過熱而損壞電機。l最好是保持每極磁通量為額定值不變。最好是保持每極磁通量為額定值不變?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-1

24、3電二基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須使當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須使 14.44SgsNmNEN kf常值l基頻以下應(yīng)采用電動勢頻率比為恒值的基頻以下應(yīng)采用電動勢頻率比為恒值的控制方式?？刂品绞??；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l恒壓頻比的控制方式恒壓頻比的控制方式 Eg難以確定，當(dāng)電動勢值較高時，忽略定子電難以確定，當(dāng)電動勢值較高時，忽略定子電阻和漏感壓降，認(rèn)為阻和漏感壓降，認(rèn)為gsEU 1sUf常值基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l低頻補償（低頻轉(zhuǎn)矩提升）低頻補償（低頻轉(zhuǎn)矩提升）低頻時，低

25、頻時， 比較小，定子電阻和漏感比較小，定子電阻和漏感壓降所占的份量比較顯著，不能再忽略。壓降所占的份量比較顯著，不能再忽略。人為地把定子電壓抬高一些，以補償定子阻人為地把定子電壓抬高一些，以補償定子阻抗壓降，稱作低頻補償?？箟航担Q作低頻補償。負(fù)載大小不同，需要補償?shù)亩ㄗ与妷阂膊灰回?fù)載大小不同，需要補償?shù)亩ㄗ与妷阂膊灰粯?。樣。sgUE和基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速 l通常在控制軟通常在控制軟件中備有不同件中備有不同斜率的補償特斜率的補償特性，以供用戶性，以供用戶選擇。選擇。a無補償無補償 b帶定子帶定子電壓補償電壓補償圖圖5-9 恒壓頻比控制特性恒壓頻比控

26、制特性基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速 l在基頻以上調(diào)速時，頻率從向上升高，在基頻以上調(diào)速時，頻率從向上升高，受到電機絕緣耐壓和磁路飽和的限制，受到電機絕緣耐壓和磁路飽和的限制，定子電壓不能隨之升高，最多只能保定子電壓不能隨之升高，最多只能保持額定電壓不變。持額定電壓不變。l這將導(dǎo)致磁通與頻率成反比地降低，這將導(dǎo)致磁通與頻率成反比地降低，使得異步電動機工作在弱磁狀態(tài)。使得異步電動機工作在弱磁狀態(tài)。基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速 圖圖5-10 異步電動機變壓變頻調(diào)速的控制特性異步電動機變壓變頻調(diào)速的控制特性基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電

27、動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.3.2 變壓變頻調(diào)速時的機械變壓變頻調(diào)速時的機械特性特性l基頻以下采用恒壓頻比控制基頻以下采用恒壓頻比控制 異步電動機機械特性方程式改寫為異步電動機機械特性方程式改寫為22122121)()(3lrlsrsrspeLLsRsRRsUnT22222113psresrlslrn U R sTsRRsLL基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速l當(dāng)當(dāng)s很小時，忽略上式分母中含很小時，忽略上式分母中含s各項，各項，2113seprUsTnR則 2113sperUnTRs基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速l對于同一轉(zhuǎn)矩，

28、轉(zhuǎn)速降落基本不變對于同一轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速降落基本不變在恒壓頻比的條件下把頻率向下調(diào)節(jié)時，機械特性基本上是平行下移的。2111210602reppsR TnsnsnnU 2113sperUnTRs基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速l臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩 隨著頻率的降低而減小。隨著頻率的降低而減小。l當(dāng)頻率較低時，電動機帶載能力減弱，采用低頻定子壓當(dāng)頻率較低時，電動機帶載能力減弱，采用低頻定子壓降補償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷?，可以增強帶載能力。降補償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷?，可以增強帶載能力。221121)(123lrlsssspemLLRRUnT221212)(23lrlsssspemLL

29、RRUnTl改寫成改寫成基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以下調(diào)速基頻以下調(diào)速l轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 與轉(zhuǎn)速無關(guān)，故稱作轉(zhuǎn)差功率不變型。212213peresmpssTR TPsPnUn2113sperUnTRs基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速l電壓不能從額定值再向上提高，只能電壓不能從額定值再向上提高，只能保持不變，機械特性方程式可寫成保持不變，機械特性方程式可寫成l臨界轉(zhuǎn)矩表達式臨界轉(zhuǎn)矩表達式 2212212)()(3lrlsrsrsNpeLLsRsRsRUnT221212)(123lrlssssNpemLLRRUnT22222113psresrl

30、slrn U R sTsRRsLL基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速l臨界轉(zhuǎn)差臨界轉(zhuǎn)差 l當(dāng)當(dāng)s很小時，忽略上式分母中含很小時，忽略上式分母中含s各項各項 2212)(lrlssrmLLRRs213sNeprUsTnR或或21123repsNR Tsn U基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速l帶負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降落帶負(fù)載時的轉(zhuǎn)速降落 l對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，轉(zhuǎn)速對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，轉(zhuǎn)速降落越大，機械特性越軟，與直流電動機弱降落越大，機械特性越軟，與直流電動機弱磁調(diào)速相似。磁調(diào)速相似。21112210602repps

31、NR TnsnsnnU 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速l轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 l帶恒功率負(fù)載運行時帶恒功率負(fù)載運行時221123resmepsNR TPsPsTn U轉(zhuǎn)差功率基本不變。轉(zhuǎn)差功率基本不變。221eT常數(shù)基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二變壓變頻調(diào)速時的機械特性變壓變頻調(diào)速時的機械特性圖圖5-11 異步電動機變壓變頻調(diào)速機械特性異步電動機變壓變頻調(diào)速機械特性基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速l在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)

32、速”方式。方式。l在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，由于轉(zhuǎn)速允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，由于轉(zhuǎn)速上升，允許輸出功率基本恒定，屬于上升，允許輸出功率基本恒定，屬于“近似的恒功率調(diào)速近似的恒功率調(diào)速”方式。方式?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.3.3 基頻以下電壓補償控制基頻以下電壓補償控制 l在基頻以下運行時，采用恒壓頻比的控在基頻以下運行時，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡便的優(yōu)點。制方法具有控制簡便的優(yōu)點。l但負(fù)載的變化時定子壓降不同，將導(dǎo)致但負(fù)載的變化時定子壓降不同，將導(dǎo)致磁通改變，須采用定子電壓補償控制。磁通改變，須采用定子

33、電壓補償控制。l根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以保持磁通恒定。保持磁通恒定?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.3.3 基頻以下電壓補償控制基頻以下電壓補償控制 圖圖5-12 異步電動機等值電路和感應(yīng)電動勢異步電動機等值電路和感應(yīng)電動勢基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二三種感應(yīng)電動勢三種感應(yīng)電動勢l定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢 l轉(zhuǎn)子全磁通在轉(zhuǎn)子每相繞組中的感應(yīng)電動勢（折合到定子轉(zhuǎn)子全磁通在轉(zhuǎn)子每相繞組中的感應(yīng)電動勢（折合到定子邊）邊） 14.44SssmsNEf N k14.44SrsmrN

34、Ef N kl氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢 14.44SgsmNEf N k三種磁通三種磁通基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒定子磁通控制恒定子磁通控制 l保持定子磁通恒定：保持定子磁通恒定： 定子電動勢不好直接控制，能夠直接控制定子電動勢不好直接控制，能夠直接控制的只有定子電壓，按的只有定子電壓，按l補償定子電阻壓降，就能夠得到恒定子磁補償定子電阻壓降，就能夠得到恒定子磁通。通。 1/ fEssssEIRU1常值常值基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒定子磁通控制恒定子磁通控制 l忽略勵磁電流，轉(zhuǎn)子電流忽略勵磁電流，轉(zhuǎn)子電流l電磁

35、轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 2212)(lrlsrsrLLsREI2211221212222113()3()pmsremrlslrsrprlslrnPERTsRLLsEsRnRsLL基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒壓頻比控制時的轉(zhuǎn)矩式恒壓頻比控制時的轉(zhuǎn)矩式 兩式相比可知，恒定子磁通控制時轉(zhuǎn)矩表達式的分母小于恒壓兩式相比可知，恒定子磁通控制時轉(zhuǎn)矩表達式的分母小于恒壓頻比控制特性中的同類項。頻比控制特性中的同類項。l當(dāng)轉(zhuǎn)差率當(dāng)轉(zhuǎn)差率s相同時，采用恒定子磁通控制方式的電磁轉(zhuǎn)矩大于相同時，采用恒定子磁通控制方式的電磁轉(zhuǎn)矩大于恒壓頻比控制方式。或者說，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩相同時，恒定子磁恒壓頻比控制方式?；蛘哒f，當(dāng)

36、負(fù)載轉(zhuǎn)矩相同時，恒定子磁通控制方式的轉(zhuǎn)速降比恒壓頻比方式小。通控制方式的轉(zhuǎn)速降比恒壓頻比方式小。22122121)()(3lrlsrsrspeLLsRsRRsUnT212222113()sreprlslrEsRTnRsLL恒定子磁通控制時的轉(zhuǎn)矩表達式恒定子磁通控制時的轉(zhuǎn)矩表達式基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒定子磁通控制恒定子磁通控制 l臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率 l臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩 )(1lrlsrmLLRs)(12321lrlsspemLLEnT頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變不變 。基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒壓頻

37、比控制時的臨界轉(zhuǎn)差率表達式恒壓頻比控制時的臨界轉(zhuǎn)差率表達式 恒定子磁通控制時的臨界轉(zhuǎn)差率表達式恒定子磁通控制時的臨界轉(zhuǎn)差率表達式2212)(lrlssrmLLRRs)(1lrlsrmLLRs恒壓頻比控制時的臨界轉(zhuǎn)矩表達式恒壓頻比控制時的臨界轉(zhuǎn)矩表達式 恒定子磁通控制時的臨界轉(zhuǎn)矩表達式恒定子磁通控制時的臨界轉(zhuǎn)矩表達式 )(12321lrlsspemLLEnT比較可知比較可知l恒定子磁通控恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差制的臨界轉(zhuǎn)差率大于恒壓頻率大于恒壓頻比控制方式。比控制方式。l恒定子磁通控恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于恒壓頻也大于恒壓頻比控制方式。比控制方式。221121)(123lrls

38、ssspemLLRRUnT基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒氣隙磁通控制恒氣隙磁通控制 l保持氣隙磁通恒定：保持氣隙磁通恒定： l定子電壓定子電壓l除了補償定子電阻壓降外，還應(yīng)補償定子除了補償定子電阻壓降外，還應(yīng)補償定子漏抗壓降。漏抗壓降。 1/gEglsssEILjRU11)(常值常值基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒氣隙磁通控制恒氣隙磁通控制 l轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流l電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 2212lrrgrLsREI2 2122 12122122133lrrrgprlrrgpeLsRRsEnsRLsREnT基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒氣隙磁通控制恒氣隙磁通控制

39、l臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率 l臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩 l與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機械控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機械特性更硬。特性更硬。 1lrrmLRs21123lrspemLEnT)(1lrlsrmLLRs)(12321lrlsspemLLEnT恒定子磁通控制恒定子磁通控制 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒轉(zhuǎn)子磁通控制恒轉(zhuǎn)子磁通控制 l保持轉(zhuǎn)子磁通恒定：保持轉(zhuǎn)子磁通恒定： l定子電壓定子電壓l除了補償定子電阻壓降外，還應(yīng)補償定除了補償定子電阻壓降外，還應(yīng)補償定子和轉(zhuǎn)子漏抗壓降。子和轉(zhuǎn)子漏抗壓降

40、。 1/rE11()sslslrrURjLLIE常值常值基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒轉(zhuǎn)子磁通控制恒轉(zhuǎn)子磁通控制 l轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流l電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 sREIrrr/12122133rrprrrpeRsEnsRsREnT基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二恒轉(zhuǎn)子磁通控制恒轉(zhuǎn)子磁通控制 l機械特性完全是一條直線，可以獲機械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動機一樣的線性機械特得和直流電動機一樣的線性機械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。要求的穩(wěn)態(tài)性能?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二不同控制方式下的機械特性不同控制方式

41、下的機械特性 圖圖5-13 異步電動機在不同控制方式下的機械特性異步電動機在不同控制方式下的機械特性a）恒壓頻比控制）恒壓頻比控制b）恒定子磁通控）恒定子磁通控制制c）恒氣隙磁通控）恒氣隙磁通控制制 d）恒轉(zhuǎn)子磁通控）恒轉(zhuǎn)子磁通控制制基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二不同控制方式的比較不同控制方式的比較 l恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本上是恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機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，低平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。速時需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓

42、降。l恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補償，控制要復(fù)雜一些。要定子電壓補償，控制要復(fù)雜一些。l恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。能。但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。l恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵電動機一樣的恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵電動機一樣的線性機械特性，性能最佳。線性機械特性，性能最佳。基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.4 電力電子變壓變頻器電力電子變壓變頻器l異

43、步電動機變頻調(diào)速需要電壓與頻率均可異步電動機變頻調(diào)速需要電壓與頻率均可調(diào)的交流電源，常用的交流可調(diào)電源是由調(diào)的交流電源，常用的交流可調(diào)電源是由電力電子器件構(gòu)成的靜止式功率變換器，電力電子器件構(gòu)成的靜止式功率變換器，一般稱為變頻器。一般稱為變頻器?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.4 電力電子變壓變頻器電力電子變壓變頻器l交交-直直-交變頻器：先將恒壓恒頻的交流電交變頻器：先將恒壓恒頻的交流電整成直流，再將直流電逆變成電壓與頻率整成直流，再將直流電逆變成電壓與頻率均為可調(diào)的交流，稱作間接變頻。均為可調(diào)的交流，稱作間接變頻。l交交-交變頻器：將恒壓恒頻的交流電直接變交變頻器：將恒壓恒頻

44、的交流電直接變換為電壓與頻率均為可調(diào)的交流電，無需換為電壓與頻率均為可調(diào)的交流電，無需中間直流環(huán)節(jié)，稱作直接變頻。中間直流環(huán)節(jié)，稱作直接變頻?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.4 電力電子變壓變頻器電力電子變壓變頻器圖圖5-14 變頻器結(jié)構(gòu)示意圖變頻器結(jié)構(gòu)示意圖a）交）交-直直-交變頻器交變頻器b）交）交-交交變頻器變頻器 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二脈沖寬度調(diào)制技術(shù)脈沖寬度調(diào)制技術(shù)l現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制（寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡），簡稱稱PWM。l基本思想是控制逆變器中電

45、力電子器件的基本思想是控制逆變器中電力電子器件的開通或關(guān)斷，輸出電壓為幅值相等、寬度按開通或關(guān)斷，輸出電壓為幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣的高頻脈一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣的高頻脈沖序列代替期望的輸出電壓。沖序列代替期望的輸出電壓?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.4.1 PWM變頻器主回路變頻器主回路圖圖5-15 交交-直直-交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖先將工頻交流電源通過不可控整流橋變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流。中間的濾波環(huán)節(jié)為減少直流電壓脈動而設(shè)置?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二面積等效原理面積等效原理 是是P

46、WM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)?？刂萍夹g(shù)的重要理論基礎(chǔ)。 原理內(nèi)容：沖量相等而形狀不同的窄原理內(nèi)容：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。本相同。 沖量即指窄脈沖的面積。沖量即指窄脈沖的面積。 效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。應(yīng)波形基本相同。5.4.2正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二用用PWM波代替正弦半波波代替正弦半波 將正弦半波看成是由將正弦半波看成是由N個彼個彼此相連的脈沖寬度為此相連的脈沖寬度為 /N，但幅，但幅值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)

47、律值頂部是曲線且大小按正弦規(guī)律變化的脈沖序列組成的。變化的脈沖序列組成的。 把上述脈沖序列利用相同數(shù)把上述脈沖序列利用相同數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖代量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，且使矩形弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，這就是（沖量）相等，這就是PWM波波形。形?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二 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（Sinuso

48、idal pulse width modulation，簡稱SPWM），這種序列的矩形波稱作SPWM波。 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二 應(yīng)用PWM控制技術(shù)的變壓變頻器一般都是電壓源型的，它可以按需要方便地控制其輸出電壓，為此前述的PWM控制技術(shù)都是以輸出電壓近似正弦波為目標(biāo)的。電流波形則因為負(fù)載的性質(zhì)和大小而異?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二 但是，在電流電機中，實際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流，因為在交流電機繞組中只有通入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為恒定值，不含脈動分量。因此，若能對電流實行閉環(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

49、。 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二5.4.4 電流跟蹤電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)l電流跟蹤電流跟蹤PWM（CFPWM，Current Follow PWM）的控制方法是：在原來主回）的控制方法是：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值。流快速跟隨給定值。l在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的獲得更好的性能。性能?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二圖圖5-19 電流滯環(huán)跟蹤控制的電流滯環(huán)跟蹤控制的

50、A相原理圖相原理圖l電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2h。將給定電流。將給定電流與輸出電流進行比較，電流偏差超過與輸出電流進行比較，電流偏差超過h時，經(jīng)滯環(huán)控制時，經(jīng)滯環(huán)控制器器HBC控制逆變器上（或下）橋臂的功率器件動作，控制逆變器上（或下）橋臂的功率器件動作，使輸出電流給定值之間的偏差保持在范圍內(nèi)，在正弦波上下作鋸齒狀變化。基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二電流滯環(huán)跟蹤控制時的電流波形基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二n 問題的提出 經(jīng)典的SPWM控制主要著眼于使變壓變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，并未顧及輸出電流的波形。而電流滯環(huán)跟蹤控

51、制則直接控制輸出電流，使之在正弦波附近變化，這就比只要求正弦電壓前進了一步。然而交流電動機需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電動機空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。5.4.5 電壓空間矢量電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)）控制技術(shù)基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二l把逆變器和交流電動機視為一體，把逆變器和交流電動機視為一體，以圓形以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制逆變器的工作旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制逆變器的工作，這種，這種控制方法稱作控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制磁鏈跟蹤控制”，磁鏈軌跡，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現(xiàn)的，所

52、以又稱實現(xiàn)的，所以又稱“電壓空間矢量電壓空間矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制）控制”?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二 A，B，C分別表示在空間靜止不動的電機定子三相繞組的軸線，它們在空間互差120o 三相定子相電壓分別加在三相繞組上，可定義為三個電壓空間矢量uA0， uB0 ， uC0 。 電壓空間矢量 1. 空間矢量的定義 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二 電壓空間矢量的相互關(guān)系n定子電壓空間矢量：uA0 、 uB0 、 uC0 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?；诜€(wěn)態(tài)模型的異

53、步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二電壓空間矢量的相互關(guān)系（續(xù)）sAOBOCOuuuun合成空間矢量：由三相定子電壓空間矢量相加合成的空間矢量 us 000AOBOCOuuu的合成矢量的合成矢量 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二與定子電壓空間矢量相仿，可以定義定子電流和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磁鏈的空間矢量 Is 和和s 。2. 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 l定子電流空間矢量定子電流空間矢量 sAOBOCOiiiisAOBOCOl定子磁鏈空間矢量定子磁鏈空間矢量 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二d+dAOsRtAOAOuid+dBOsRtBOBOuid+

54、dCOsRtCOCOui每一相的電壓平衡方程式（由法拉第電磁感應(yīng)定律推出）d+d+d+()+dAOBOCOsRtAOBOCOAOBOCOuuui+ i+ i三相的電壓平衡方程式相加sAOBOCOuuuusAOBOCOiiiisAOBOCOsss sddRtui基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二2. 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系 sss sddRtui式中 us 定子三相電壓合成空間矢量； is 定子三相電流合成空間矢量；s 定子三相磁鏈合成空間矢量。 合成空間矢量表示的電壓方程式為基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二 近似關(guān)系 當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速不是很低時，定子電阻壓降所占的成分很小，可忽

55、略不計，則定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為 t ddssu t dssu或 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二 磁鏈軌跡 當(dāng)電動機由三相平衡正弦電壓供電時，電動機定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\動軌跡呈圓形（一般簡稱為磁鏈圓）。這樣的定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量可用下式表示。tj1ems其中 m是磁鏈s的幅值，1為其旋轉(zhuǎn)角速度?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二合成磁勢矢量的端點軌跡是個圓，。.查烽煒電機及拖動（第4版）顧繩谷電機與拖動網(wǎng)頁Ac-motor.swf基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二)2(m1m1ms111ee)e(ddtjtjtjj

56、tu上式表明，當(dāng)磁鏈幅值一定時，us的大小與供電電壓頻率1成正比，其方向則與磁鏈?zhǔn)噶空?，即磁鏈圓的切線方向， 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二 磁場軌跡與電壓空間矢量運動軌跡的關(guān)系 如圖所示，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動2弧度，其軌跡與磁鏈圓重合。 這樣，電動機旋轉(zhuǎn)磁場的軌跡問題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量的運動軌跡問題。 旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運動軌跡基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二3. 正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場 （1）電壓空間矢量運動軌跡 在變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中異步電機由三相PWM逆變器供電，供電電壓和三相平衡正弦電壓有所不同，三相逆變器-

57、異步電動機調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖如下。為了便于理解，圖中六個功率開關(guān)器件都用開關(guān)符號代替。 三相逆變器三相逆變器-異步電動機調(diào)速系統(tǒng)主電路原理圖異步電動機調(diào)速系統(tǒng)主電路原理圖 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二電機正常工作需要三相同時供電，所以在任一時刻一定有處于不同橋臂下的三個器件同時導(dǎo)通，而相應(yīng)橋臂的另三個器件則處于關(guān)斷狀態(tài)?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二“上管導(dǎo)通上管導(dǎo)通 “1 1”狀態(tài)狀態(tài) “下管導(dǎo)通下管導(dǎo)通 “0”狀態(tài)。狀態(tài)。 對應(yīng)于對應(yīng)于111111和和000000這兩個狀這兩個狀態(tài)的矢量，態(tài)的矢量，稱為零矢量，稱為零矢量，零矢量的幅零矢量的幅值為零。其值為零。

58、其余六種開關(guān)余六種開關(guān)狀態(tài)為非零狀態(tài)為非零矢量。矢量?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二開關(guān)工作狀態(tài)n6 種有效開關(guān)狀態(tài)；n2 種無效狀態(tài)（因為逆變器這時并沒有輸出電壓）：u上橋臂開關(guān) VT1、VT3、VT5 全部導(dǎo)通u下橋臂開關(guān) VT2、VT4、VT6 全部導(dǎo)通n開關(guān)控制模式 輸出的每個周期中6 種有效的工作狀態(tài)各出現(xiàn)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），而在這 /3 時刻內(nèi)則保持不變。 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二n設(shè)工作周期從100狀態(tài)開始，這時VT1、VT6、VT2導(dǎo)通，各相對直流電源中點O的電壓幅值為 UAO = Ud / 2 UB

59、O = UCO = - Ud /2u1uAO-uCO-uBOABC基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二n由圖可知，三相的合成空間矢量為 u1，其幅值等于Ud，方向沿A軸。存在的時間是 /3 。 u1uAO-uCO-uBOABC（b）工作狀態(tài)100的合成電壓空間矢量基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二nu1 存在的時間為/3，在這段時間以后，工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為110。n這時VT1、VT3、VT2導(dǎo)通，各相對直流電源中點O的電壓幅值為 ： n UCO = -Ud / 2 UBO = UAO = Ud /2基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二n 合成空間矢量變成圖中的 u2 ，其幅值等于

60、Ud，它在空間上滯后于u1 的相位為 /3 弧度，存在的時間也是 /3 。 u2uAO-uCOuBOABC（c）工作狀態(tài)110的合成電壓空間矢量 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二（d）每個周期的六邊形合成電壓空間矢量 u1u2u3u4u5u6u7 u8 依此類推，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。 這樣，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，如圖所示。 基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(diào)速系統(tǒng)-13電二（2）定子磁鏈?zhǔn)噶慷它c的運動軌跡 六拍逆變器供電時電動機電壓空間矢量與磁鏈?zhǔn)噶康年P(guān)系 設(shè)在逆變器工