运动控制,陈伯时,第六章课件

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1、运动控制运动控制自动化教研室自动化教研室屈薇薇屈薇薇异步电机工作原理异步电机工作原理自动化教研室转子上镶有若干导条，导条两端用导电环短接，形成电气回路，这种转子称为鼠笼转子流过电流的导条在磁场中受到电磁力的作用，其受力方向按左手定则确定异步电机工作原理：转子导体在旋转磁场中产生感应电流，而流过电流的转子导体在磁场中又受到电磁力的作用，从而使转子转动起来N极和S极下的导条都受到统一方向的电磁力作用，产生电磁转矩，使转子随外力旋转方向转动，即转子的旋转方向与磁场的选择方向相同。“异步”的含义是指转子的转速 n永远比同步转速n1（既旋转磁场的转速）小。旋转磁场与转子导体间有相对运动，导体中产生电动势

2、导条两端用导电环短接，形成电气回路，导体中产生电流右手定则因为，如果转子的转速 n 达到同步转速n1 ，则转子导体将不再切割磁力线，因而感应电动势、感应电流和电磁场转矩均为零，转子将减速，因此，转子转速总是低于同步转速。11nnns 旋转磁场的同步转速n1与转子转速n之差称为转差。转差与同步转速n1之比称为转差率 ，用s表示异步电机稳态等效电路异步电机稳态等效电路自动化教研室 根据电机学原理，在下述三个假定条件下：忽略空间和时间谐波，忽略磁饱和，忽略铁损，异步电机的稳态等效电路Us1RsLlsLlrLmRr /sIsI0IrRs、Rr 定子每相电阻和折合到定子侧的 转子每相电阻；Lls、Llr

3、 定子每相漏感和折合到定子侧的 转子每相漏感； Lm定子每相绕组产生气隙主磁通的 等效电感，即励磁电感；Us、1 定子相电压和供电角频率； s 转差率。2r1s212r1ssrllLCLsRCRUImsm1s1s111LLLjLjRCll转子电流LmLl1，则，C1 1 这相当于将上述假定条件的第条改为忽略铁损和励磁电流。这样，电流公式可简化成2rs212rssrsllLLsRRUII令电磁功率 Pm = 3Ir2 Rr /s 同步机械角转速m1 = 1 / npnp 极对数，则异步电机的电磁转矩为p2mrerm112psr222r1s1sr33/llnPRTIsn U RsRRLLs当转速或

4、转差率一定时，电磁转电磁转矩与定子电压的平方成正比矩与定子电压的平方成正比。异步电动机的机械特性方程异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性恒转矩负载特性p2mrerm112psr222r1s1sr33/llnPRTIsn U RsRRLLs对应于最大转矩时的静差率和最大转矩dTe/ds=02rs212srm)(llLLRRs2rs212ss12spmaxe)(23llLLRRUnT带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超过 0 sm ，调速范围有限。

5、如果带风机类负载运行，则工作点为D、E、F，调速范围可以大一些0笼型异步电动机变压变频调速系统（笼型异步电动机变压变频调速系统（VVVF系统）系统）自动化教研室变压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。由电力拖动原理可知，当异步电机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩Te与定子电压Us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，从而改变电机在一定负载转矩下的转速。异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范围宽，无论是高速还是低速时效率都较高，在采取一定的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲美。因此现在

6、应用面很广，是本篇的重点。变压变频调速的基本控制方式异步电动机电压频率协调控制时的机械特性*电力电子变压变频器的主要类型变压变频调速系统中的脉宽调制（PWM）技术基于异步电动机稳态模型的变压变频调速异步电动机的动态数学模型和坐标变换基于动态模型按转子磁链定向的矢量控制系统基于动态模型按定子磁链控制的直接转矩控制系统 变压变频调速的基本方式变压变频调速的基本方式自动化教研室磁通m直流电机，励磁系统是独立的，只要对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变交流异步电机中，磁通 m 由定子和转子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要费一些周折了定子每相电动势mNs1g44. 4SkNfE Eg 气隙磁通在定子

7、每相中感应电动势的有效值，单位为V；f1定子频率，单位为Hz； Ns定子每相绕组串联匝数；kNs基波绕组系数； m每极气隙磁通量，单位为Wb。 1. 基频以下调速 要保持 m 不变，当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 Eg g1Ef 常值恒值电动势频率比恒值电动势频率比绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压 Us Eg常值1fUs恒压频比恒压频比变压变频调速的基本方式变压变频调速的基本方式自动化教研室OUsf 1UsNf 1Na 无补偿无补偿 b 带定子压降补偿带定子压降补偿 人为地把电压 Us 抬高一些，以

8、便近似地补近似地补偿定子压降偿定子压降2. 基频以上调速 在基频以上调速时，频率应该从 f1N向上升高，但定子电压Us 却不可能超过额定电压UsN ，最多只能保持Us = UsN ，这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。f1N恒转矩调速恒转矩调速UsUsNmNm恒功率调速恒功率调速mUsf1O异步电机变压变频调速的控制特性 如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。异步电动机电压频率协调控制异

9、步电动机电压频率协调控制时的时的机械特性机械特性自动化教研室2ppsr2mrer2m1122r1s1sr33/llnn U RsPRTIsRRLLs恒压恒频正弦波供电时的机械特性方程式 当定子电压 Us 和电源角频率 1 恒定时2rs2122rsr121spe)()(3llLLsRsRRsUnT当s很小时sRsUnTr121spe3当 s 接近于1时，可忽略分母中的Rr sLLRsRUnTll1)(32rs212sr121spe当s很小时，转矩近似与s成正比，机械特性 Te = f（s）是一段直线; s接近于1时转矩近似与s成反比，Te = f（s）是对称于原点的一段双曲线smnn0sTe01

10、0TeTemaxTemax当 s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段eTse1Ts基频以下电压基频以下电压-频率协调控制时频率协调控制时的机械的机械特性特性2rs2122rsr121spe)()(3llLLsRsRRsUnT对于同一组转矩 Te 和转速 n（或转差率s）的要求，电压 Us 和频率 1 可以有多种配合1. 恒压频比控制（ Us /1 ） 同步转速随频率变化p10260nn带负载时的转速降落1p0260snsnn000100%NnnnsnnsRsUnTr121spe321sper13UnTRs当 Us /1 为恒值时，对于同一转矩 Te ，s1 是基本不变的

11、，因而 n 也是基本不变的。这就是说，在恒压频比的条件下改变频率 1 时，机械特性基本上是平行下移当转矩增大到最大值以后，转速再降低，特性就折回来了。而且频率越低时最大转矩值越小2rs212ss12spmaxe)(23llLLRRUnT2rs21s1s21spmaxe)(123llLLRRUnT最大转矩 Temax 是随着的 1 降低而减小的。频率很低时，Temax太小将限制电机的带载能力，采用定子压降补偿，适当地提高电压Us，可以增强带载能力恒压频恒压频比控制时变压调速的机械特性比控制时变压调速的机械特性自动化教研室eTOnN0n03n02n01nN1111213131211N1补偿定子压降