chp4基于稳态模型的异步电动机调速系统

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1、第四章基于稳态模型的异步电动机调速系统一、变压变频调速的基本原理：1、异步电动机稳态数学模型：3个假设条件：忽略空间和时间谐波；忽略磁饱和；忽略铁损。电动机T型等效电路：图4-1一般情况下，Lm比Lls大得多，因此，忽略励磁电流（断开Lm支路），获得电动机简化等效电路：图4-2，根据简化电路可以获得电路方程和机械特性方程。电路方程：折合到定子侧转子相电流：式（4-1），简化方程：式（4-2）机械特性：式（4-3）、图4-3临界转差率sm：式（4-4）最大转矩Tem：式（4-5）2、变压变频调速基本原理：变压变频调速是改变同步转速的一种调速方法。为达到良好的控制效果

2、，常采用电压—频率协调控制。三相异步电机定子的相电动势的有效值是：式中，Eg:气隙磁通在定子每相中感应电罢势有效值；f1:定子频率；Ns:定子每相绕组串联匝数；kNs:基波绕组系数；Φm:每极气极隙磁通量，单位为Wb。只要控制好Eg和f1，便可达到控制磁通Φm的目的。（1）基频以下调速:保持Φm不变，当频率f1从额定值f1n向下调节时，必须同时降代Eg，使Eg/f1=常数即采用恒定的电动势频率的控制方式。Eg难于控制，当Eg较大时，忽略定子绕组漏磁阻压降，使：U1/f1=常数→恒压频比控制方式调速中φ和Ia均不变→恒转矩调速(2)基频以上调速在基频以上调速时，频率可以

3、从f1n往地增高，f1N增加时，U1不能比UIN更高，最多只能保持U1=UIN这样迫使φm和f成反比降低，即相当于直流电机的弱磁升速。→属于恒功率调速(3)电压—频率协调控制：（4）电压—频率协调控制下的机械特性恒压恒频时的机械特性：临界转矩：在基频f1N以下采用恒压频比控制时，电磁转矩可改写为：s很小时，忽略分母中所含各项，则Te与s成正比，△n与Te成正比（P.140）。可见，当Us/ω1为恒值时，对于同一转矩Te，△n基本不变。即在恒压频比条件下改变频率ω1时，机械特性基本上是平行下移的近似直线。临界转矩可改写为：临界转矩随ω1的降低而减小。见图4-6。在基频f

4、1N以上变频调速时，Us=UsN，机械特性可写为：临界转矩可写为：可见，当频率提高时，同步转速随之提高，临界转矩减小，机械特性上移。见图4-6二、交流PWM变频技术1、变频器：由电力电子器件构成的静止式功率变换器。由主回路（包括整流器、中间直流环节、逆变器）和控制回路组成。分类：交-直-交变频器：交-交变频器：交-直-交变频器主电路结构：图4-10交-直-交变频器主电路结构（L滤波）现代变频器多采用脉宽调制技术（PWM）。基本思想：控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为高度相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列。（1）正弦脉冲宽度调制（SPWM）：（2）电流跟

5、踪PWM（CFPWM）（3）电压空间矢量PWM（SVPWM）2、SPWM正弦波脉宽调制：1964年，德国的A.Schönung提出了脉宽调制变频的思想，把通讯系统中的调制技术应用于交流变频。以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得高度相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列。三相SPWM变频器电路原理：三相SPWM逆变器双极性SPWM波形分析如图4-12。普通SPWM变频器输出电压带有一定的谐波分量。为降低谐波分量，减少电动机转矩脉动，在SPWM基础上衍

6、生出“消除指定次数谐波”的PWM控制技术。3、电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术：SPWM控制目标：输出电压接近正弦波，电流因负载而异。CFPWM控制目标：使输出电流接近正弦波。CFPWM跟踪控制：图4-13。把希望输出的电流波形iA*作为指令信号，把实际波形iA作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化控制方法：在原主电路基础上采用电流闭环控制（电流滞环跟踪），使实际电流快速跟随给定值，稳态时实际电流接近正弦波形。基本原理(以A相为例）:把指令电流iA*和实际输出电流iA的偏差iA*-iA作为滞环比较器的输入，通

7、过比较器的输出控制器件VT1和VT4的通断。VT1（或VD1）通时，i增大VT4（或VD4）通时，i减小通过环宽为2h的滞环比较器的控制，iA就在iA*+DI和iA*-DI的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流iA*。参数的影响：#滞环环宽对跟踪性能的影响：环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。#电抗器L的作用：L大时，i变化率小，跟踪慢；L小时，i变化率大，开关频率过高。电路特点：（1）硬件电路简单；（2）实时控制，电流响应快；（3）不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波；（4）闭环控制，是各种跟