电力拖动自动控制系统——运动控制系统：第5章 异步电动机稳态数学模型和调速方法.ppt

电力拖动自动控制系统概述交流拖动控制系统的应用领域一般性能的节能调速高性能的交流调速系统和伺服系统特大容量、极高转速的交流调速交流调速系统从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志
可以把异步电机的调速系统分成三类：
1.转差功率消耗型调速系统
全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，上述的第①、②、③三种调速方法(降压、转差离合器、串电阻)都属于这一类。
在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。
从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。
可以把异步电机的调速系统分成三类：
2.转差功率馈送型调速系统
从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。
可以把异步电机的调速系统分成三类：
3.转差功率不变型调速系统
转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，上述的第⑤、⑥两种调速方法属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。
中国地质大学自动化学院自动控制系基于稳态模型的异步电动机调速目录5.1异步电动机稳态数学模型和调速方法5.1异步电动机稳态数学模型和调速方法5.1异步电动机稳态数学模型和调速方法图5-2异步电动机简化等效电路异步电动机传递的电磁功率对s求导，并令异步电动机由额定电压、额定频率供电，且无外加电阻和电抗时的机械特性方程式，称作固有特性或自然特性异步电动机的调速
人为地改变机械特性的参数，使电动机的稳定工作点偏离固有特性，工作在人为机械特性上，以达到调速的目的三相异步电动机定子每相电动势的有效值如果f1是常数，气隙磁通满足5.2异步电动机调压调速图5-4晶闸管交流调压器调速其中可调，电磁转矩与定子电压的平方成正比
临界转差率保持不变带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁功率转差功率随着转差率的加大而增加临界转差率:普通异步电机降压调速范围窄；高转自电阻电机机械特性软，因此开环无法满足恒转矩下较大调速范围需求
采用带转速反馈的闭环控制系统当系统带负载稳定时，如果负载增大或减小，引起转速下降或上升，反馈控制作用会自动调整定子电压，使闭环系统工作在新的稳定工作点
将稳定工作点连接起来便是闭环系统的静特性当电压降低时，起动电流将随电压成正比地降低，从而可以避开起动电流冲击的高峰
起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小将比起动电流的降低更多，降压起动时又会出现起动转矩不够的问题
降压起动只适用于中、大容量电动机空载（或轻载）起动的场合5.3异步电动机变压变频调速异步电动机T型等效电路
假定条件：①忽略空间和时间谐波，②忽略磁饱和，③忽略铁损5.3异步电动机变压变频调速补偿定子阻抗压降
在低频时Us和Eg都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。需要把电压Us抬高一些，近似地补偿定子压降5.3异步电动机变压变频调速恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性
基频以下电压-频率协调控制时的机械特性
基频以上恒压变频时的机械特性当定子电压Us和电源角频率1之比恒定时，电磁转矩方程：基频以下电压-频率协调控制时的机械特性为了近似地保持气隙磁通不变，以便充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下须采用恒压频比控制。这时，同步转速随频率变化5.3异步电动机变压变频调速5.3异步电动机变压变频调速5.3异步电动机变压变频调速5.3异步电动机变压变频调速基频以下时，恒压频比控制简便，但负载变化导致磁通变化，需要定子电压补偿气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势保持定子磁通恒定：忽略励磁电流，转子电流恒压频比控制时的转矩式临界转差率临界转差率转子电流
输出电磁转矩恒Eg/1特性分母中含s项的参数要小于恒Us/1特性中的同类项，s值要更大一些才能使该项占有显著的份量，从而不能被忽略，因此恒Eg/1特性的线性段范围更宽临界转差率当Eg/1为恒值时，Tem恒定不变，其稳态性能优于恒Us/1控制的性能。这正是恒Eg/1控制中补偿定子压降所追求的目标如果把电压－频率协调控制中的电压再进一步提高，把转子漏抗上的压降也抵消掉，得到恒Er/1控制电磁转矩a）恒压频比控制
b）恒定子磁通控制
c）恒气隙磁通控制
d）恒转子磁通控制a）恒压频比控制
b）恒定子磁通控制
c）恒气隙磁通控制
d）恒转子磁通控制a）恒压频比控制
b）恒定子磁通控制
c）恒气隙磁通控制
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