电力拖动自动控制系统第三十六讲.pptVIP

第二十六讲 要求：1. 2. 8.2.3?由交-交变压变频器供电的大型低速同步电动机调速系统 1、概述 另一类大型同步电动机变压变频调速系统用于低速的电力拖动，例如无齿轮传动的可逆轧机、矿井提升机、水泥转窑等。 该系统由交-交变压变频器（又称周波变换器）供电，其输出频率为20~25Hz（当电网频率为50Hz时），对于一台20极的同步电动机，同步转速为120~150r/min，直接用来拖动轧钢机等设备是很合适的，可以省去庞大的齿轮传动装置。 2?系统组成 3、系统控制 这类调速系统的基本结构画在图8-3中，可以实现4象限运行。 控制器按需要可以是常规的，也可以采用矢量控制，后者在下一小节再详细讨论。 8.2.4?按气隙磁场定向的同步电 动机矢量控制系统 1、概述 为了获得高动态性能，同步电动机变压变频调速系统也可以采用矢量控制，其基本原理和异步电动机矢量控制相似，也是通过坐标变换，把同步电动机等效成直流电动机，再模仿直流电动机的控制方法进行控制。但由于同步电动机的转子结构与异步电动机不同，其矢量坐标变换也有自己的特色。 2?系统模型 ①假定条件： A.隐极电机，或者说，忽略凸极的磁阻变化； B.忽略阻尼绕组的效应； C.忽略磁化曲线的饱和非线性因素； D.暂先忽略定子电阻和漏抗的影响。 其他假设条件和研究异步电动机数学模型时相同，见第6.6.2?节。 ②二极同步电机物理模型 ③模型描述 图中，定子三相绕组轴线A、B、C是静止的，三相电压uA、uB、uC和三相电流uA、uB、uC都是平衡的，转子以同步转速ω1旋转，转子上的励磁绕组在励磁电压Uf 供电下流过励磁电流If。沿励磁磁极的轴线为d轴，与d轴正交的是q轴，d-q坐标在空间也以同步转速ω1旋转，d轴与A轴之间的夹角θ为变量。 3、同步电机的空间矢量 同步电动机中，除转子直流励磁外，定子磁动势还产生电枢反应，直流励磁与电枢反应合成起来产生气隙磁通，合成磁通在定子中感应电动势与外加电压基本平衡。 同步电动机磁动势与磁通的空间矢量图示于图8-5a。 图中：Ff、Φf—转子励磁磁动势和磁通，沿励磁方向为d轴； Fs—定子三相合成磁动势； FR、ΦR—合成的气隙磁动势和总磁通； θs— Fs与FR间的夹角； θf— Ff与FR间的夹角； ①矢量变换将Ff除以相应的匝数即为定子三相电流合成空间矢量，可将它沿M、T轴分解为励磁分量ism和转矩分量ist。同样，Ff与相当的励磁电流矢量If也可分解成 ifm和 ift 。 ②矢量变换公式由图8-5a不难得出下列关系式 （8-2） （8-3） iR＝ism＋ifm （8-4） ist ＝－ift （8-5） ism＝iscosθs （8-6） ifm＝ifcosθf （8-7） ③定子电压方程 在图8-5b中画出了定子一相绕组的电压、电流与磁链的时间相量图。 气隙合成磁通ΦR是空间矢量，ΦR对该相绕组的磁链ΨRs则是时间相量，ΨRs在绕组中感应的电动势Es领先于ΨRs90o 。按照假设条件，忽略定子电阻和漏抗，则Es与相电压 Us近似相等，于是： Us ≈ Es ＝4.44f1ΨRs （8-8） 4、电流关系分析 在图8-5b中，is是该相电流相量，它落后于Us的相角φ就是同步电动机的功率因数角。根据电机学原理，ΦR与Fs空间矢量的空间角差θs也就是磁链ΨRs与电流is在时间上的相角差，因此φ＝90o-θs，而且ism和ist也是 is相量在时间相量图上的分量。 由此可知：定子电流的励磁分量ism可以从定子电流is和调速系统期望的功率因数值求出。最简单的情况是希望cosφ=1，也就是说，希望ism=0。 这样，由期望功率因数确定的ism可作为矢量控制系统的一个给定值。 定子电流方程 以A轴为参考坐标轴，则d轴的位置角为θ＝∫ω1dt，可以通过电机轴上的位置传感器 BQ 测得（见图8-6）。 于是，定子电流空间矢量与 A 轴的夹角λ便成为：λ＝θ＋θf＋θs （8-9） 由的幅值和相位角可以求出三相定子电流 iA=|is|cosλ iB=|is|cos(λ-120o)