电力拖动自动控制系统第二十九讲.pptVIP

第二十九讲 要求：1.掌握转差频率控制的实现 2.掌握异步电动机数学模型的性质； 3.掌握三相异步电动机的多变量非线 性数学模型； 3、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（6-61）上得到的，当ωs较大时，就得采用式（6-12）的精确转矩公式，把这个转矩特性（即机械特性）Te＝(ωs)画在下图。 可以看出： 在ωs较小的稳态运行段上，转矩Te基本上与ωs成正比， 当Te达到其最大值Temax时，ωs达到ωsmax值。 对于式（6-12）， 取 =0可得： ， 在转差频率控制系统中，只要给ωs限幅，使其限幅值为： 就可以基本保持Te与ωs的正比关系，也就可以用转差频率控制来代表转矩控制。这是转差频率控制的基本规律之一。 上述规律是在保持Φm恒定的前提下才成立的，于是问题又转化为，如何能保持Φm恒定？ 我们知道，按恒 控制时可保持Φm恒定。 在上图的等效电路中可得： 由此可见，要实现恒 控制，须在 =恒值的基础上再提高Us电压以补偿定子电流压降。 如果忽略电流相量相位变化的影响，不同定子电流时恒 控制所需的电压-频率特性Us=f(ω1,Is) 如下图所示。 上述关系表明，只要Us和ω1及Is的关系符合上图所示特性，就能保持 恒定，也就是保持Φm恒定。 这是转差频率控制的基本规律之二。 总结起来，转差频率控制的规律是： （1）在ωs ≤ωsm的范围内，转矩Te基本上ωs 与成正比，条件是气隙磁通不变。 （2）在不同的定子电流值时，按上图的函数关系Us=f(ω1, Is)控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通Φm恒定。 4、转差频率控制的变压变频调速系统 ①系统组成 ②控制原理 实现上述转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图如图6－42所示。 A.频率控制 转速调节器ASR的输出信号是转差频率给定 ，与实测转速信号ω相加，即得定子频率给定信号 ，即 B.电压控制 由ω1和定子电流反馈信号Is从微机存储的Us=f(ω1, Is)函数中查得定子电压给定信号 ，用 和 控制PWM电压型逆变器，即得异步电机调速所需的变压变频电源。 ③性能评价 式（6-66）所示的转差角频率 与实测转速信号ω相加后得到定子频率输入信号 这一关系是转差频率控制系统突出的特点或优点。 它表明，在调速过程中，实际频率ω1随着实际转速ω同步地上升或下降，有如水涨而船高，因此加、减速平滑而且稳定。 同时，由于在动态过程中转速调节器ASR饱和，系统能用对应于ωsm的限幅转矩Tem进行控制，保证了在允许条件下的快速性。 由此可见，转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速系统能够象直流电机双闭环控制系统那样具有较好的静、动态性能，是一个比较优越的控制策略，结构也不算复杂。 然而，它的静、动态性能还不能完全达到直流双闭环系统的水平，存在差距的原因有以下几个方面： （1）在分析转差频率控制规律时，是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发的，所谓的“保持磁通Φm恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。 在动态中Φm如何变化还没有深入研究，但肯定不会恒定，这不得不影响系统的实际动态性能 （2） Us=f(ω1, Is)函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相位，而在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。 （3）在频率控制环节中，取ωs+ω=ω1，使频率得以与转速同步升降，这本是转差频率控制的优点。然而，如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。 6.6?异步电动机的动态数学 模型和坐标变换 6.6.0?问题的提出 前节论述的基于稳态数学模型的异步电机调速系统虽然能够在一定范围内实现平滑调速，但是，如果遇到轧钢机、数控机床、机器人、载客电梯等需要高动态性能的调速系统或伺服系统，就不能完全适应了。要实现高动态性能的系统，必须首先认真研究异步电机的动态数学模型。 6.6.1?异步电动机动态数学模型的 性质 1、直流电机数学模型的性质 直流电机的磁通由励磁绕组产生，可以在电枢合上电源以前建立起来而不参与系统的动态过程（弱磁调速时除外），因此它的动态数学模型只是一个单输入和单输出系统。 ①直流电机模型变量和参数 输入变量——电枢电压Ud ； 输出变量——转速n； ②控制对象参数 机电时间常数Tm； 电枢回路电磁时间常数Tl； 电力电子装置的滞后时间常数Ts 。 ③控制理论和方法