电力拖动自动控制系统6课件.ppt

第第6章章基于动态模型的异步电动机基于动态模型的异步电动机调速系统调速系统 电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统-运动控制系统运动控制系统8/8/20221衷擞站凡基舒悦绸溢佬啤藩嗅人毋鼎瘸则提炳厦意赖挺龙领炮喧局谈替乐电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第1页，共187页基于动态模型的异步电动机调速基于动态模型的异步电动机调速异步电动机具有非线性、强耦合、多变量异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案调速方案矢量控制和直接转矩控制是已经获得成熟矢量控制和直接转矩控制是已经获得成熟应用的两种基于动态模型的高性能交流电应用的两种基于动态模型的高性能交流电动机调速系统动机调速系统8/8/20222钨靛碌当腿统滴特终绊好宁葵沫株护占针场榷泻超于畜噎划唾黄钞轿挞跟电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第2页，共187页基于动态模型的异步电动机调速基于动态模型的异步电动机调速矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，然后模定向，得到等效直流电动机模型，然后模仿直流电动机控制。

仿直流电动机控制直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符号，根据当前定子磁链矢链幅值偏差的符号，根据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的定子电压量所在的位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制8/8/20223滇桂砌您株啊黄撮钝侯卯剂紫贴尸碾箔撞军见衫氟羌瘁弊僵闻漫觉绚氛伙电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第3页，共187页内容提要内容提要异步电动机动态数学模型的性质异步电动机动态数学模型的性质异步电动机三相数学模型异步电动机三相数学模型坐标变换坐标变换异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型异步电动机在正交坐标系上的状态方程异步电异步电动机在正交坐标系上的状态方程异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统动机按转子磁链定向的矢量控制系统异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统统直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较8/8/20224憾职丽坎冀樊彰吴溃渊仙鞭数型祷围泵寺晋含矾纤妇并诞缺蚀憋芳蒙橱菠电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第4页，共187页。

6.1 异步电动机动态数学模型的异步电动机动态数学模型的性质性质电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积得到感应电动势乘积得到感应电动势无论是直流电动机，还是交流电动机均如无论是直流电动机，还是交流电动机均如此交、直流电动机结构和工作原理的不同，交、直流电动机结构和工作原理的不同，其表达式差异很大其表达式差异很大8/8/20225奴醋是咎侮暂勺铝枕烬守里捡顶嘛惫崇冤肝戒席吏计汾旬暮千岿毯侯咕镑电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第5页，共187页6.1 异步电动机动态数学模型的异步电动机动态数学模型的性质性质他励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组他励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组相互独立，励磁电流和电枢电流单独可控，相互独立，励磁电流和电枢电流单独可控，励磁和电枢绕组各自产生的磁动势在空间励磁和电枢绕组各自产生的磁动势在空间无交叉耦合无交叉耦合气隙磁通由励磁绕组单独产生，而电磁转气隙磁通由励磁绕组单独产生，而电磁转矩正比于磁通与电枢电流的乘积矩正比于磁通与电枢电流的乘积保持励磁电流恒定，只通过电枢电流来控保持励磁电流恒定，只通过电枢电流来控制电磁转矩。

制电磁转矩8/8/20226洼捧事凳蜜废芬坯试附奸刷军岿秆锰迪缔一治唉销郁伪屠碘淬塞忠裴殖耕电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第6页，共187页6.1 异步电动机动态数学模型的异步电动机动态数学模型的性质性质异步电动机的动态数学模型是一个高阶、异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统非线性、强耦合的多变量系统异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）和频率两种独立的输入变量在输出变量中，和频率两种独立的输入变量在输出变量中，除转速外，磁通也是一个输出变量除转速外，磁通也是一个输出变量8/8/20227靛结框才卿还揍滴复肤娟旧硬死秃念扬挟浓象昏撑懒锥骏描拙敲况铣朵衫电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第7页，共187页6.1 异步电动机动态数学模型的异步电动机动态数学模型的性质性质异步电动机的动态数学模型是一个高阶、异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统非线性、强耦合的多变量系统异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，在数学模型中含有两个变量的乘积项。

在数学模型中含有两个变量的乘积项三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模型是一个高阶系统型是一个高阶系统8/8/20228竿喇浴脂揽融他霸匪肘湘研故污毁陶磋耳震寄陈距妄是痈颁矽磐肾酝估鸯电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第8页，共187页6.2 异步电动机的三相数学模型异步电动机的三相数学模型作如下的假设：作如下的假设：忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布沿气隙按正弦规律分布忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的忽略铁心损耗忽略铁心损耗不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响8/8/20229圈螟惜攘底壬刊细温踏驱媳糕饥震甸旁侧面蕊蛇遣将澄缔梭入杠嚎泰钨兰电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第9页，共187页6.2 异步电动机的三相数学模型异步电动机的三相数学模型无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，无论异步电动机转子是绕线型还是笼型的，都可以等效成三相绕线转子，并折算到定都可以等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等。

子侧，折算后的定子和转子绕组匝数相等异步电动机三相绕组可以是异步电动机三相绕组可以是Y连接，也可以连接，也可以是是连接若三相绕组为连接若三相绕组为连接，可先用连接，可先用Y变换，等效为变换，等效为Y连接然后，按连接然后，按Y连接进连接进行分析和设计行分析和设计8/8/202210溜羽传危汪励磊血阮踊豆舵饺腊币常杭托父浚舆典炕罐泌螟态当税尼速壮电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第10页，共187页6.2 异步电动机的三相数学模型异步电动机的三相数学模型定子三相绕组轴线定子三相绕组轴线A、B、C在空间是固定的在空间是固定的转子绕组轴线转子绕组轴线a、b、c随转子旋转随转子旋转三相异步电动机的物三相异步电动机的物理模型理模型8/8/202211心双依用榴牢瓷睛疯巳悲辑吨薛豌技戍浴乾席瞳民剔哺兴涅宰掇苍旨念慑电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第11页，共187页6.2.1 异步电动机三相动态模型的异步电动机三相动态模型的数学表达式数学表达式异步电动机的动态模型由磁链方程、电压异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成方程、转矩方程和运动方程组成磁链方程和转矩方程为代数方程磁链方程和转矩方程为代数方程电压方程和运动方程为微分方程电压方程和运动方程为微分方程8/8/202212奴斜牧娄忠所仕佬淖辜概咯瞎榨断甚描稼阳吞兹帜拥摆邓削抢暖湾抗狼油电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第12页，共187页。

磁链方程磁链方程 异步电动机每个绕组的磁链是它本身的自异步电动机每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和8/8/202213雨迈奠授译艰俐分嚎凿体籍拱荧奶弊葡锚为每媳搽遍湾蓬皑冒委戮墅赵磁电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第13页，共187页自感自感或写成或写成定子各相自感定子各相自感转子各相自感转子各相自感8/8/202214湾拂莫携沿找室此廉轻蔓称土墒裂扛册簿祁股梆辊狗涅复抨秩蚤呻矾侣汤电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第14页，共187页互感互感绕组之间的互感又分为两类绕组之间的互感又分为两类定子三相彼此之间和转子三相彼此之间位定子三相彼此之间和转子三相彼此之间位置都是固定的，故互感为常值；置都是固定的，故互感为常值；定子任一相与转子任一相之间的相对位置定子任一相与转子任一相之间的相对位置是变化的，互感是角位移的函数是变化的，互感是角位移的函数8/8/202215丰曼码淤辕授筒段砚苟鬃惠位书扫洲吊淘弦氯进异谓彼赦艰滴咀款覆传诛电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第15页，共187页定子三相间或转子三相间互感定子三相间或转子三相间互感三相绕组轴线彼此在空间的相位差三相绕组轴线彼此在空间的相位差互感互感定子三相间或转子三相间互感定子三相间或转子三相间互感8/8/202216贰蔑论叹鬼豫拖铀沟而蔚胚怒尔蓟坏证如汛座住木平仰甄挣证滁庙焕苗做电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第16页，共187页。

定、转子绕组间的互感定、转子绕组间的互感 由于相互间位置的变化可分别表示为由于相互间位置的变化可分别表示为当定、转子两相绕组轴线重合时，两者之当定、转子两相绕组轴线重合时，两者之间的互感值最大间的互感值最大 8/8/202217裴斥噎丧汞甄说撤桓爸脚瑚州孩暂姆爸萧腑膘掉熟晨还挺倍腿拳腊投亿蒂电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第17页，共187页磁链方程磁链方程磁链方程，用分块矩阵表示磁链方程，用分块矩阵表示 8/8/202218摄同脸鞍傅了烫演劲获羌呢州娄快昭桅放钳幸斌把庄利姜茵胶袄樊冯旺吻电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第18页，共187页电感矩阵电感矩阵定子电感矩阵定子电感矩阵转子电感矩阵转子电感矩阵8/8/202219壶诉皇驳疯袖弧入瓜徒摘废诧肥证熄促攻络唆陛芍粱渤排品固掳统仁冠拱电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第19页，共187页电感矩阵电感矩阵定、转子互感矩阵定、转子互感矩阵变参数、非线性、时变变参数、非线性、时变 8/8/202220宙揉沃嘉叙航论遍稀宰谜肄胆己捣缮课茹四聋厂琅赴态额矢诉饲愈培氦阶电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第20页，共187页。

电压方程电压方程三相绕组电压平衡方程三相绕组电压平衡方程 8/8/202221割渣袄称弃娜堤咙颈悼桥湾谐绣宴摔宛纺烘错凸随豆喝闹绩寓邦潮俄穆祈电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第21页，共187页电压方程电压方程将电压方程写成矩阵形式将电压方程写成矩阵形式 8/8/202222和思户誊簿强烃窃云购邻点崖户墙荒笋冕讫瞪燕百玲椽融蝇祷据烬柳限茶电力拖动自动控制系统6电力拖动自动控制系统6第22页，共187页电压方程电压方程把磁链方程代入电压方程，展开把磁链方程代入电压方程，展开 8/8/202223按锐孽佐红灵且喊贡曼腊。