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交流电机及其拖动控制系统 华南理工大学 自动化科学与工程学院 2010年6月 主要内容 交流电动机的基本工作原理及调速方式 交流电动机变频调速的基本控制方式 电力电子变压变频器 PWM逆变器的调制方式 交流电动机动态模型的特点 坐标变换 交流电动机的矢量控制 永磁同步电机及其控制 小结 交流电动机的基本工作原理 交流电动机的基本工作原理 异步电动机 三相定子绕组通以三相对称电流在定转子气隙间建立圆形的旋转磁场 切割转子导体产生感应电动势 转子导体流过感应电流 转子导体受到电磁转矩的作用并跟着旋转磁场旋转。 异步电动机不可能达到同步转速，否则转子导体与旋转磁场之间没有相对运动，在转子导体中就不能产生感应电动势，也就不能产生电磁转矩。 同步电动机 三相定子绕组通以三相对称电流在定转子气隙间建立圆形的旋转磁场, 与此同时，由直流励磁或永磁铁产生转子磁场，在两个磁场的相互作用下，转子受到力的作用而跟着定子旋转磁场一起旋转，就像两个电磁铁异性相吸，转子磁极被定子磁极吸住而一起旋转。 交流电动机的调速方式 异步电动机 同步电动机 电机调速系统 直流调速系统 优点：调速性能优越（转速电流负反馈双闭环直流调速系统）； 不足：直流电机存在电刷和换向器，维护保养工作量大，容量和转速受限。 交流调速系统 交流电机结构简单、坚固耐用、运行可靠； 在过去很长一段时间内，交流调速系统控制性能不如直流电机； 目前，随着变频调速、矢量控制技术的日趋成熟，形成了一系列可以和直流调速系统相媲美的高性能交流调速系统。 直流拖动控制系统，尤其是双闭环控制，是交流调速系统的基础。 交流电动机变频调速的基本控制方式 交流电动机变频调速的基本控制方式 交流电动机变频调速的基本控制方式 交流电动机变频调速的基本控制方式 同步电动机变频调速的电压频率特性与异步电动机变频调速相同 交流电动机的变频调速实为变压变频调速 交流电机的矢量控制本质上属变压变频调速的范畴 电力电子变压变频器 引言 如前所述，对于异步电机的变压变频调速，必须具备能够同时控制电压幅值和频率的交流电源，而电网提供的是恒压恒频的电源，因此应该配置变压变频器，又称VVVF（Variable Voltage Variable Frequency）装置。 电力电子变压变频器 从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。 交-直-交变压变频器 电力电子变压变频器 具体的整流和逆变电路种类很多，当前应用最广的是由二极管组成不控整流器和由功率开关器件（P-MOSFET，IGBT等）组成的脉宽调制（PWM）逆变器，简称PWM变压变频器，如下图所示。 电力电子变压变频器 交-交变压变频器 常用的交-交变压变频器输出的每一相都是一个由正、反两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。也就是说，每一相都相当于一套直流可逆调速系统的反并联可逆线路。 电力电子变压变频器 交-交变压变频器 正、反两组按一定周期相互切换，在负载上就获得交变的输出电压 u0 ，u0 的幅值决定于各组可控整流装置的控制角 ? ，u0 的频率决定于正、反两组整流装置的切换频率。 ? 调制控制方式 要获得正弦波输出，就必须在每一组整流装置导通期间不断改变其控制角。当?角按正弦规律变化时，半周中的平均输出电压即为图中虚线所示的正弦波。 电力电子变压变频器 交-交变压变频器 电力电子变压变频器 交-交变压变频器 主要缺点： 1、输出电压最高频率受电源频率限制，为其1/2～1/3。 2、所用的电力电子器件较多，如三相桥式电路就需36只晶闸管，元件数量多，控制也较复杂。 3、功率因数低，特别是低速时输出电压降低，功率因数更低。 交交变频器适用于低速、大容量的场合，如大型轧钢设备和电机车等的变频调速。 PWM逆变器的调制方式 PWM调制原理 面积等效原理：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。这里所指的冲量即为窄脉冲的面积，效果基本相同是指环节输出波形基本相同。 根据面积等效原理，可以用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦波，脉冲宽度按正弦规律变化，矩形脉冲与对应的正弦波部分面积相等。 惯性环节传递函数 ，可看成是一个低通滤波器。 典型的惯性环节包括直流电机、电力电子变流装置。 PWM逆变器的调制方式 正弦波脉宽调制（SPWM）逆变器 电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）逆变器 磁链跟踪式PWM（SVPWM）逆变器 PWM逆变器的调制方式 PWM逆变器的调制方式 PWM逆变器的调制方式 PWM逆变器的调制方式 PWM逆变器的调