第4章 基于稳态模型的异步电动机调速系统课件

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1、运动控制系统第4章基于稳态模型的异步电动机调速系统概述异步电动机具有结构简单、制造容易、转速高、容量大，维修工作量小等优点，早期多用于不可调传动。随着电力电子技术的发展，静止式变频器的诞生，异步电动机在可调传动中逐渐得到广泛的应用。变压变频调速是异步电动机常用的一种调速方式，具有效率高、调速范围大等优点。内容提要4.1异步电动机变压变频调速基本原理4.2交流PWM变频技术4.3转速开环变压变频调速系统4.4转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统4.1异步电动机变压变频调速基本原理从异步电动机稳态数学模型出发，论述变压变频调速基本原理及基频以下电

2、流补偿控制。4.1.1异步电动机稳态数学模型在三个假定条件下：①忽略空间和时间谐波，②忽略磁饱和，③忽略铁损，异步电动机的稳态模型可以用T型等效电路图4-1异步电动机T型等效电路转子相电流（折合到定子侧）式中（4-1）简化等效电路忽略励磁电流，得到简化等效电路图4-2异步电动机简化等效电路简化电流公式（4-2）异步电动机的机械特性方程式异步电动机的电磁转矩（4-3）临界转差率和临界转矩将式（4-3）对s求导，并令临界转差率临界转矩（4-4）（4-5）机械特性恒压恒频供电时异步电动机的机械特性图4-3异步电动机的机械特性4.1.2变压变频调速原理

3、变压变频调速是改变同步转速的一种调速方法，同步转速随频率而变化（4-6）异步电动机转速（4-7）电压-频率协调控制三相异步电动机定子每相电动势的有效值（4-8）只要控制好和，便可达到控制气隙磁通的目的。基频以下调速基频以下运行时，保持每极磁通量为额定值不变。因此，当频率从额定值向下调节时，必须使（4-9）即采用电动势频率比为恒值的控制方式。恒压频比控制异步电动机绕组中的电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏磁感抗压降，认为，则得这就是恒压频比的控制方式。（4-10）低频补偿低频时，定子电阻和漏磁感抗压降所占的份量比较显著，

4、可以人为地把定子电压抬高一些，以便近似地补偿定子阻抗压降，称作低频补偿，也可称作低频转矩提升。图4-4恒压频比控制特性b带补偿，a无补偿基频以上调速在基频以上调速时，频率从向上升高，受到电机绝缘耐压的限制，定子电压不能随之升高，只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。异步电动机电压-频率协调控制把基频以下和基频以上两种情况的控制特性画在一起，如图所示。图4-5异步电动机变压变频调速的控制特性恒压频比控制的电磁转矩在基频以下采用恒压频比控制时，可将异步电动机的电磁转矩改写为（4-11）当s很小时，可忽略

5、上式分母中含s各项，（4-12）转速降落带负载时的转速降落（4-14）为恒值时，对于同一转矩基本不变。恒压频比控制的临界转矩临界转矩（4-15）临界转矩随着的降低而减小。恒转矩调速当频率较低时，很小，电动机带载能力减弱，采用低频定子压降补偿，适当地提高电压，可以增强带载能力，见图4-6。由于保持气隙磁通不变，故允许输出转矩基本不变，所以基频以下的变频调速属于恒转矩调速。基频以上变频调速机械特性方程式（4-16）基频以上变频调速临界转矩表达式（4-17）当角频率提高时，同步转速随之提高，临界转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变。基频以上变频调速

6、由于频率提高而定子电压不变，气隙磁通势必减弱，允许输出转矩减小，但转速却升高了，可以认为允许输出功率基本不变。所以基频以上的变频调速属于弱磁恒功率调速。异步电动机变压变频调速机械特性4.1.3基频以下电流补偿控制基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点，但负载的变化将导致磁通的改变，因此采用定子电流补偿控制，根据定子电流的大小改变定子电压，可保持磁通恒定。异步电动机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，感应电动势采用电压降的表示方法，由高电位指向低电位。图4-7异步电动机等效电路感应电动势气隙磁通在定子每相绕组中的

7、感应电动势定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势（4-18）感应电动势转子全磁通在转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）（4-19）恒定子磁通控制只要使常值，即可保持定子磁通恒定，则定子电压为（4-20）恒定子磁通控制忽略励磁电流（4-21）恒定子磁通控制电磁转矩（4-22）恒定子磁通控制定子磁通控制转矩表达式的分母小于恒控制特性中的同类项。当转差s相同时，恒定子磁通控制的电磁转矩大于恒控制方式，或者说，当负载转矩相同时，恒定子磁通控制的转速降落小于恒控制方式。恒定子磁通控制临界转差率（4-23）临界转矩（4-24）恒定子磁通控制恒定子磁通控制

8、的临界转差率和临界转矩均大于恒控制方式。当频率变化时，临界转矩恒定不变。恒气隙磁通控制维持为恒值，保持气隙磁通为常值，定子电压为（4-25）除了补偿定