8.第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统教程分析.ppt

5.5.2 系统实现 5.6 转速闭环转差频率控制的变压变频 调速系统 引言 转速开环变频调速系统可以满足平滑调速的要求，但静、动态性能都有限，要提高静、动态性能，首先要用转速反馈闭环控制。转速闭环系统的静特性比开环系统强，这是很明显的，但是，是否能够提高系统的动态性能呢？还得进一步探讨一下。 电力传动的基本控制规律 电力拖动自动控制系统的基本运动方程式： 提高调速系统动态性能主要依靠控制转速的变化率 d? / dt 。根据基本运动方程式，控制电磁转矩就能控制 d? / dt 。因此，归根结底，调速系统的动态性能就是控制转矩的能力。 在异步电机变压变频调速系统中，需要控制的是电压（或电流）和频率，怎样能够通过控制电压（电流）和频率来控制电磁转矩，这是寻求提高动态性能时需要解决的问题。 引言 5.6.1 转差频率控制的基本概念及特点 直流电机的转矩与电枢电流成正比，控制电流就能控制转矩。因此，把直流双闭环调速系统转速调节器的输出信号当作电流给定信号，也就是转矩给定信号。 在交流异步电机中，影响转矩的因素较多，控制异步电机转矩的问题也比较复杂。 电磁转矩： 5.6.1 转差频率控制的基本概念及特点 ?s = s?1 ?s = s?1 ：并定义为转差角频率； Km：是电机的结构常数。 5.6.1 转差频率控制的基本概念及特点 当电机稳态运行时，s 值很小，因而 ?s也很小，只有?1的百分之几，可以认为 ?s Llr‘ Rr’ ，则转矩可近似表示为： 在s 值很小的稳态运行范围内，如果能够保持气隙磁通?m不变，异步电机的转矩就近似与转差角频率?s 成正比。 这就是说，在异步电机中控制?s ，就和直流电机中控制电流一样，能够达到间接控制转矩的目的。 5.6.1 转差频率控制的基本概念及特点 ——转差频率控制 基于异步电机稳态模型的转差频率控制规律 上面分析所得的转差频率控制概念是在转矩近似公式上得到的，当?s 较大时，就得采用精确转矩公式，把这个转矩特性（即机械特性） 见下图。 六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。 要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择。 PWM逆变器只有8个基本电压矢量，能否用这8个基本矢量合成出其他多种不同的矢量呢？ 5. 期望电压空间矢量的合成 圆形旋转磁场逼近的基本思路 逼近圆形时的磁链增量轨迹 如果要逼近圆形，可以增加切换次数，设想磁链增量由图中的??11 ， ??12 ， ??13 ， ??14 这4段组成。这时，每段施加的电压空间矢量的相位都不一样，可以用基本电压矢量线性组合的方法获得。 按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的基本思想。 按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。 5. 期望电压空间矢量的合成(续) 电压空间矢量的6个扇区 按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，每个扇区对应 5. 期望电压空间矢量的合成(续) 基本电压空间矢量： 期望输出电压矢量的合成 期望输出电压矢量与扇区起始边的夹角 期望的电压矢量： 5. 期望电压空间矢量的合成(续) 在一个开关周期 T0 的作用时间 的作用时间 期望输出电压矢量的合成 5. 期望电压空间矢量的合成(续) 合成电压矢量： 由正弦定理可得： 解得： 5. 期望电压空间矢量的合成(续) 两个基本矢量作用时间之和应满足： 当定子相电压为三相平衡正弦电压时： 基波相电压最大幅值 基波线电压最大幅值 5. 期望电压空间矢量的合成(续) 三相合成矢量幅值 SPWM的基波线电压最大幅值为： SVPWM方式的逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比SPWM逆变器输出电压最多提高了约15%。 5. 期望电压空间矢量的合成(续) 6. SVPWM的实现 对于期望合成的电压空间矢量，通过以上分析可得： 基本电压矢量的选择； 基本电压矢量的作用时间； 零矢量的作用时间。 接下来的任务就是：如何通过一系列的开关组合实现对期望电压空间矢量的合成？ 6. SVP