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转差频率的设计.
1 基频以下的电压补偿控制
在基频以下运动时,采用恒压频比的控制方法具有以下控制简单的优点,但负载变化时定子压降不同时,将导致磁通改变,因此需采用定子电压补偿控制。根据定子电流的大小改变定子电压,以保持磁通恒定,如图1-1所示,为了使参考极性与电动状态下的实际极性相吻合,感应电动势采用电压降的表示方法,由高电位指向低电位。
图1-1 异步电动机等效电路和感应电动势
表示气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势,即与此相应,定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势为
(1-1)
由式(1-1)可知,只要使,即可保持定子磁通恒定。但定子电动势不好直接控制,能够直接控制的只有定子电压Us,而Us与Es的关系是
其相量差为定子电阻压降,只要适当地提高定子电压Us,按式(1-1)补偿定子电阻压降,以保持。
忽略励磁电流时,由图1-1等效电路可得转子电流幅值为
代入电磁转矩关系式,得
再将恒压频比控制时的转矩重新列出
(1-5)
2运动控制系统的根本问题是转矩的控制由(1-5)式给出异步电动机恒气隙磁通的电磁转矩公式,
将代入上式,得
(2-1)
试中,,是电动机的结构常数。定义转差角频率,则
(2-2)
当电动机稳态运行时,转差率s较小,因而也较小,也可以认为,则转矩可近似表示为
(2-3)
由此可知,若能够保持气隙磁通不变,且在s值较小的稳定运行范围内,异步电动机的转矩就近似与转差角频率成正比。也就是说,在保持气隙磁通不变的前提下,可以通过控制转差角频率来控制转矩,这就是转差频率的控制基本思想。
较小的条件下得到的,当较大时,就采用(2-2)的转矩公式,图2-1转矩特性(即机械特性)Te=f(),由此图可见,在较小的稳定运行段,转矩Te 基本上与成正比。当Te达到其最大值Tem时,达到临界值。当继续增大时,转矩反而减小,此段特性对于恒转矩负载为不稳定工作区域。
图2-1 Te=f()机械特性
对于式(2-2),取,可得临界转差角频率
(2-4)
对应的最大转矩(临界转矩)为
(2-5)
要保证系统稳定运行,必须使ωsωsm.因此,在转差频率控制系统中,必须对ωs加以限制,使系统允许的最大转差频率小于临界转差频率
(2-6)
这样就可以保持Te与ws的正比关系,也就可以用转差频率来控制转矩。
按恒Eg/w1控制时可保持φm恒定,由异步电动机等效电路可得定子电压为
(2-7)
由此可见,要实现恒Eg/w1控制,必须采用定子电压补偿控制,以抵消定子电阻和漏抗的电压降。理论上说,定子电压补偿应该是幅值和相位的补偿,但这无疑使控制系统复杂,若忽略电流相量相位变化的影响,仅采用幅值补偿,则电压-频率特性为
(2-8)
式中 ;
w1N—额定角频率;
—额定气隙磁通φmN在额定角频率下定子每项绕组中的感应电动势。
采用定子电压补偿恒Eg/w1控制的电压—频率特性Us=f(w1,Is)如图2-2所示,高频时,定子漏抗压降占主导地位,可忽略定子电阻,式(2-8)可简化为
(2-9)
电压—频率特性近似呈线性。低频时,Rs的影响不可忽略,曲线呈现非线性性质。
图2-2定子补偿恒Eg/w1控制的电压—频率特性
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