电力拖动自动控制系统ppt电子课件教案第六章基于稳态数学模型的异步电动机变压变频调速系统

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1、第六章基于稳态数学模型的异步电动机变压变频调速系统内容提要实际应用的异步电动机变压变频调速系统主要有四种控制方式，即：①电压－频率协调控制方式；②转差频率控制方式；③矢量控制方式；④直接转矩控制方式。其中前两种控制方式是依据异步电动机的稳态数学模型，仅对交流电量的幅值进行控制，因此也称作标量控制；后两种控制方式是依据异步电动机的动态数学模型，不仅控制交流电量的幅值，而且还控制交流电量的相位。本章介绍恒压频比控制的异步电动机变压变频调速系统和转差频率控制的异步电动机变压变频调速系统，主要讲述控制方式、机械特性、

2、系统的基本组成，以及系统分析。6.1基于异步电动机稳态数学模型的变压变频调速系统控制方式由电机学知识可知，异步电动机转速公式为（6-1）6.1.1电压－频率协调控制方式由式（6-2）可看出，要保持Φm=C（通常为＝C,为电机气隙额定磁通量），则必须Es/fs＝C，这就要求，当频率fs从额定值fsN（基频）向下降低时，Es也必须同时按比例降低，则（6-3）式（6-3）表示了感应电动势有效值与频率之比为常数的控制方式，通常称为恒Es/fs控制。可以看出，这种控制方式当由基频降至低频的变速过程中都能保持磁通，可以获

3、得的控制效果，是一种较为理想的控制方式。然而由于感应电动势难以检测和控制，实际可以检测和控制的是定子电压，因此，基频以下调速时，往往采用变压变频控制方式。稳态情况下异步电动机定子每相电压与每相感应电动势的关系为（6-4）式中，；；为定子相电压；为定子相电流；为励磁电流；为定子每相绕组电阻；为定、转子之间的互感；为定子绕组每相漏感。其控制特性如图6-1中曲线Ⅰ所示。由于恒压频比控制方式成立的前提条件是忽略了定子阻抗上的压降，在较低时，由上式可知，定子感应电动势变小了，其中惟有项并不减小，与相比，比重加大，不再成

4、立，也就是说较低时定子阻抗压降不能再忽略了。为了使的控制方式在低频情况下也能适用，往往在实际工程中采用补偿措施，即在低频时把定子相电压有效值适当抬高，以补偿定子阻抗压降的影响。补偿后的的控制特性如图6-1曲线Ⅱ所示。较低时，如果不进行补偿，的控制原则就会失效，异步电动机势必处于弱磁工作状态，异步电动机的最大转矩必然严重降低，导致电动机的过载能力下降。当在较低时采用补偿后，，表明了低频时仍能使气隙磁通基本恒定，也就是说在低频情况下通过补偿后，电动机的最大转矩得到了提升。通常把补偿措施也称之为转矩提升(Torqu

5、eBoost)方法。图6-2电网直接供电时异步电动机的机械特性图6-3基频以下机械特性由式（6-18）可以看出，当时将迫使磁通与频率成反比降低，即，当时，频率以基频为起点上升（增大），磁通以额定值为起点减小（下降）。把基频以下和基频以上两种情况结合起来，得到图6-4所示的异步电动机变频调速控制特性。图6-4异步电动机变频调速控制特性而式（6-7）的最大转矩表达式可改写为可以看出，机械特性曲线平行上移，最大转矩减小，而形状基本不变，如图6-5所示。（6-20）图6-5基频以上恒压变频调速的机械特性由于频率提高而

6、电压不变，气隙磁通势必减少，导致最大转矩的减小，但转速却相应提高了，可以认为输出功率基本不变，所以基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速方式。需要指出，以上所分析的机械特性都是在正弦波供电下的理想情况，然而变压变频调速时对于电机定子为近似正弦波供电，因此其机械特性的形状与理想情况下相比有一定的区别。6.1.2转差频率控制方式根据异步电动机的等值电路图（见图6-6）可以求出异步电动机转子电流有效值（6-22）图6-6异步电动机的等值电路图正常运行时，因很小，所以，可以将分母中忽略，则得到（6-23）将式（6-23）

7、代入式（6-21）中得（6-24）将，代入式（6-24）中得（6-25）式中，由式（6-25）可知，当时，异步电动机电磁转矩近似与转差角频率成正比，通过控制转差角频率可以实现控制电磁转矩的目的。这就是转差频率控制的基本思想。则电磁转矩表达式可表示为（6-28）因为，及，所以，式（6-28）可写为（6-29）式中，。只要能保持磁通恒定，就可用转差角频率来独立控制异步电动机的电磁转矩。异步电机中气隙磁通是由励磁电流Im所决定的，当时，则。然而不是一个独立的变量，而由下式决定（6-32）也就是说是定子电流的一部分。

8、在鼠笼式异步电机中，是难以直接测量的。因此，只能研究与易于控制和检测的量的关系，在这里就是。根据异步电动机等值电路，可得（6-33）所以（6-34）根据式（6-34）可得到（6-35）将式（6-35）代入式（6-32），求得（6-36）图6-8特性曲线以上分析归纳起来，得出转差频率控制规律为①，，前提条件是维持恒定不变。②按照式（6-36）或图6-8所示的的函数关系来控制定子电流，就能维持恒定不变。