电力传动控制系统——运动控制系统 教学课件 汤天浩 主编z 第04章 交流传动控制系统

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2、统及其在软启动中的应用；2）基于稳态模型的恒压频比变压变频调速系统；3）基于转子磁场定向的高性能变压变频调速系统；4）基于直接转矩控制的高性能变压变频调速系统；5）对新兴的风力发电以及特大功率传动等有应用价值的双馈控制系统。3同步电动机的控制方法也很多，本章选择三种具有典型意义的系统：1）同步电动机按定子磁链定向的矢量控制调速系统；2）永磁同步电动机按转子位置定向的矢量控制系统；3）直流无刷同步电动机控制系统。44.1交流异步电动机调压控制系统4.1.1异步电动机在任意旋转坐标系的动态等效电路4.

3、1.2交流异步电动机的变压控制系统4.1.3转速反馈闭环控制的异步电动机变压调速系统4.1.4变压控制在异步电动机软起动中的应用5电动机的模型已在第2章作了介绍，此外等效电路也是电动机建模的一种方法。由于早期的交流异步电动机调压控制系统都采用异步电动机的稳态等效电路模型，后来发展的高性能的交流调速系统则是基于异步电动机的动态等效电路模型，其实异步电动机的稳态等效电路可以由其动态等效电路推导出来。为此，本节首先介绍异步电动机在任意旋转d-q坐标系上的动态等效电路，由此推导出的变压控制系统所需的稳态等

4、效电路，进而讨论变压调速原理、系统组成和性能分析，并介绍了变压调速系统在交流电动机软起动中的应用。64.1.1异步电动机在任意旋转坐标系的动态等效电路7必须注意的是，图中的异步电动机动态等效电路有几个假定条件：１)忽略空间谐波，设三相绕阻对称，在空间互差120电角度所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布；２)忽略磁饱和，认为各绕组的自感和互感都是恒定的；３)忽略铁损；４)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。动态等效电路仅仅忽略了空间谐波，并没有忽略时间谐波，因此动态等效电路中的电压、电流及

5、磁链可以是任意波形。8由动态等效电路同样可得到d-q坐标系上的电压电流方程式：（4-1）定子等效两相绕组的自感转子等效两相绕组的自感9应该注意，两相等效绕组的互感Lm是原三相绕组中任意两相间最大互感的3/2倍。这是因为用两相绕组等效地替代了三相绕组的缘故。104.1.2交流异步电动机的变压控制系统4.1.2.1交流异步电动机的稳态等效电路交流异步电动机的变压控制系统是基于异步电动机稳态等效电路的。先从两相静止坐标系（ωdqs=0，ωdqr=-ωr）上的动态模型推导异步电动机的稳态等效电路。对于稳态

6、运行状态，动态等效模型中所有的变量都是正弦波形，q轴和d轴的变量互差90，可以得到如下关系式11现将微分算子p用下式替代（4-4）将以上三式代入动态模型的电压方程（4-1）可得（4-5）（4-6）由于两相静止坐标系的q轴可以与三相静止坐标系的任意一轴重合，因此式（4-5）和（4-6）可以看成异步电动机任一相的稳态等效模型。12由式（4-5）和（4-6）可画出异步电动机的稳态等效电路，如图4-2所示。异步电动机稳态等效电路也有与动态等效电路类似的假定条件，除此之外，稳态等效电路还忽略了时间谐波。1

7、3由于笼型转子异步电机应用非常广泛，以下推导都假定Ur=0。由稳态等效电路可以写出各稳态电流的关系式（4-7）一般情况下LmLls，为推导简便可忽略铁损和励磁电流，即令Im=0，则有（4-8）14异步电动机的电磁转矩为（4-9）电磁功率同步机械角转速式（4-9）就是异步电动机的机械特性方程式。它表明，当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定负载转矩下的转速。154.1.2.2交流异步电动机的变压调速方法过去改变

8、交流电压的方法多用自耦变压器或带直流励磁绕组的饱和电抗器，自从电力电子技术兴起以后，这些笨重的电磁装置就被晶闸管交流调压器取代了。图4-3给出了一个采用双向晶闸管组成交流调压器TVC，其主电路分别用3个双向晶闸管串接在三相电路中。其调压方式一般采用相位控制模式，由调压控制信号Uc通过脉冲触发电路GT控制TVC的输出交流电压变化。此外，如果TVC的主电路由可关断的开关器件构成，可采用斩控方式来调节输出交流电压。16174.1.2.3异步电动机变压调速的机械特性将式（4-9）对s求导，