电力拖动自动控制系统

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1、授课教师：孔祥松 联系方式： 18850339350 E-mail: 电气工程与自动化学院 自动化教研室 实验楼 3-202 第五章 基于稳态模型的 异步电动机调速系统 直流调速系统 优点 调速范围广、静差率小、稳定性好及良好的动态性能 问题 (1) 直流电动机本身的换向问题 (2) 恶劣环境下的不适用问题 (3) 大容量、高转速及高电压电机的制造问题 发展趋势？ Where is the way? 交流调速系统 1885 恒速拖动 20BC70 交流调速 解决调速方案的核心问题 （ 等） 交流调速系统性能 宽调速范围、高稳态精度、快速动态响应、高工作效率及可四象限运行 技术发展必然趋势 交

2、流调速系统 电力电子技术 发展 大规模集成电路 计算机控制技术 现代控制理论 技术条件 交流调速系统的特点 容量大 转速高且耐高压。 交流电机的体积小，结构简单、经济可靠、惯性小。 交流电机坚固耐用，可在恶劣环境下使用。 高性能、高精度的新型交流拖动系统已达到同直流拖动系统一样的性能指标。 交流调速系统能显著地节能 There is the way! 交流调速系统的应用领域 一般性能调速与节能调速 高性能的交流调速和伺服系统 特大容量、极高转速交流调速 工艺上需要调速但对调速性能要求不高的场合 交流异步电动机原理： 从定子传输到转子的电磁功率 Pm可分为两个部分 : 机械功率， Pmech=(

3、1-s)Pm；转差功率， Ps=sPm 从 能量转换 角度，转差功率是否增大，能量被消耗或是被利用，是评价调速系统效率的标志 异步电动机（感应电动机） 异步电动机调速系统 转差功率消耗型 转差功率馈送型 转差功率不变型 转差功率消耗型 全部转差功率转换为热能消耗在转子回路 调速效率低，越往下调速，效率越低 以增加转差功率的消耗来换取转速降低 定子降电压调速 绕线转子电动机转子串电阻调速 转差功率的少部分被消耗掉，大部分通过变流装置回馈给电网或者转化为机械能予以利用 转差功率馈送型 特征： 效率较高 需增加设备 只能采用绕线转子异步电动机，应用场合受限 转差功率不变型 在转差功率中，转子铜损不可

4、避免；在 定子侧实行变压变频控制 时，无论转速高低，转子铜损基本不变，转子电路中没有附加损耗，此时效率最高。 定子侧需配置与电动机容量相当的变压变频器，设备成本最高 属于有级调速 效率最高 同步电动机调速系统 转差功率不变型 变压变频调速 他控变频调速 自控变频调速 无刷直流电动机调速 利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相 同步电动机 交流调速 基于交流电动机 稳态模型 基于交流电动机 动态模型 总体概览 稳态模型 调速方法 调压调速 变压变频调速 5.1 5.2 5.3 电力电子变压变频器 5.4 5.5 转速开环电压频率协调控制 转速闭环转差频率控制系统 5.6 对象模型 调速

5、方法 系统实现 5.1 闭环控制的调压调速系统 5.2 稳态数学模型 A. 稳态等效电路 B. 机械特性 描述在一定转差率下电动机的 稳态电气特性 表征 转矩与转差率（或转速） 的稳态关系 A. 稳态等效电路 假定条件： 忽略空间和时间谐波 ， 忽略磁饱和 ， 忽略铁损 异步电动机 T型等效电路 转差率与转速的关系 11nnsn1(1 )n s n1160pfnn同步转速： 电动机极对数 供电电源频率 1fpn转子相电流的幅值 （ 折合到定子侧 ） 式中 212121lrlsrssrLCLsRCRUImlsmlssLLLjLjRC 11111 忽略励磁电流 (LmLls) 异步电动机简化等效电

6、路 2212lrlsrssrsLLsRRUII 简化等效电路的相电流 B. 机械特性 异步电动机传递的电磁功率 机械同步角速度 sRIP rrm23pm n11 异步电动机的电磁转矩 （机械特性方程式 ） 22122122212122113/33lrlsrsrsplrlsrsrsprrpmmeLLsRsRsRUnLLsRRsRUnsRInPT对 s求导，并令 0dsdT e最大转矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnT临界转差率 2212)( lrlssrmLLRRs将机械特性方程式分母展开 222 2 2 2 2 11222 2 2 2 2113232p s res r s

7、 r ls lrp s rls lr s s r rn U R sTs R R sR R s L Ln U R sL L s R s sR R R 当 s很小时， 忽略分母中含 s各项 213 psern U sTsR当 s很小时，转矩近似与 s成正比，机械特性近似为直线 当 s较大时，忽略分母中 s的一次项和零次项 222 2 113 1p s res l s l rn U RTss R L L当 s较大时，转矩近似与 s成反比，机械特性是一段双曲线 异步电动机的机械特性 S居中时，平滑过渡 异步电动机由额定电压、额定频率供电，且无外加电阻和电抗时的机械特性方程式 222 2 2 113 p

8、 s N reN s r N l s l rn U R sTs R R s L L 固有特性 固有特性 相关参数 pnsNUrR1ssRlsLlrL 异步电动机的调速方法 人为地改变机械特性的参数 ， 使电动机的稳定工作点偏离固有特性 ， 工作在人为机械特性上 ， 以达到 调速的目的 调速 222 2 2 113 p s N reN s r N l s l rn U R sTs R R s L L I类 电动机参数 II类 电源电压 III类 电源频率 异步电动机的气隙磁通 三相异步电动机定子每相电动势的有效值 14 . 4 4 Sg s mNE f N k气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值 定子每相绕组串联匝数 定子基波绕组系数 每极气隙磁通量 忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降 14 . 4 4 Ss g s mNU E f N k11 /m g sE f U f气隙磁通 为保持气隙磁通恒定 1gEf 常 数 s1Uf 常 数END