《可控电源供电电机的设计与分析 教学课件 ppt 作者 赵争鸣 第5章 过 渡 过 程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可控电源供电电机的设计与分析 教学课件 ppt 作者 赵争鸣 第5章 过 渡 过 程（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、可控电源供电电机的设计与分析,第5章 过 渡 过 程,5.1 三相电机动态数学描述 5.2 坐标系统及标幺值 5.3 动态等效电路 5.4 典型过渡过程分析 5.5 动态过程虚拟试验平台,5.1 三相电机动态数学描述,5.1.1 物理模型 5.1.2 数学模型,5.1.1 物理模型,假设条件： 1) 定子与转子绕组均为三相对称分布绕组。 2) 定子和转子均为圆柱形。 3) 定子各绕组的自感及其之间的互感和转子各绕组的自感及其之间的互感均为常数。 4) 定转子之间的互感为转子位置函数。,5.1.1 物理模型,图5.1 三相异步电机物理模型截面图,5.1.2 数学模型,对于电机动态建模，假设条件设
2、定如下： 1) 电机气隙内的磁动势和磁通波形均为正弦分布。 2) 电机是由一组线性耦合电路构成，即忽略磁路饱和、铁心磁滞和涡流等非线性因素。 3) 定子绕组和转子绕组分别是对称平衡，且以星形或三角形联结。 4) 电机中的电流、电压正方向按电动机方向确定，即电流均流进绕组，且正电流产生正磁链。 5) 转子相绕组轴线与相应定子绕组轴线相差角度，则 =2t=(1-s)1t (5-1),5.1.2 数学模型,5.1.2 数学模型,5.2 坐标系统及标幺值,5.2.1 坐标系统 5.2.2 标幺值,5.2.1 坐标系统,坐标变换即为纯数学变换，从纯数学的角度，电机数学模型坐标可以任意选取。但是，根据电机
3、的特点，为了简化模型、解算容易和准确，一般电机数学模型的坐标系统主要有下列几种： 1) 定子侧：abc自然坐标系统，0直角坐标系统，120复数直角坐标系统。 2) 转子侧：dq0r直角坐标系统，FB0r复数直角坐标系统。 3) 气隙中：dq0c直角坐标系统，FB0c复数直角坐标系统。 4) 任意参考系统。,图5.2 电机系统中主要坐标系统图示 a) 定子侧的坐标系统图示(0和120)b) 转子侧的坐标系统图示(dq0和FB0),5.2.1 坐标系统,5.2.1 坐标系统,不同的坐标系统有不同的意义和应用。定子侧的坐标系统意味着该坐标系统是固定不动的，转子侧的坐标系统则是随转子一起转动，气隙上的
4、坐标系统意味着该坐标系统随气隙磁场一起转动。其中: (1)(abc)为自然坐标系统，三条轴线与定子侧三相对称绕组轴线同轴，式(5-6)和式(5-7)均为在该坐标系统下的方程。 (2)(0)为等效的实数直角坐标系统，三条轴线两两垂直，如图5.2a所示，其中，轴超前轴90，0轴垂直于由轴构成的平面上。 (3)(120)为等效的复数直角坐标系统，如图5.2a所示，1轴定义,5.2.1 坐标系统,在轴线的对角线上，为实数轴；2轴超前1轴90，为虚数轴线；0轴垂直于由12轴构成的平面上。 (4)(dq0r)为建立在转子上的等效实数直角坐标系统，与定子侧的(0)坐标系统类似，三条轴线两两垂直，如图5.2b
5、所示，只是该坐标系统随转子一起以2角速度转动。 (5)(FB0r)为建立在转子侧的等效复数直角坐标系统，与定子侧的(120)坐标系统类似，该坐标系统随转子一起以2角速度转动，如图5.2b所示，其中F轴为实轴，B轴为虚轴。 (6)(dq0c)为建立在气隙上的等效实数直角坐标系统，与转子侧的(dq0)坐标系统基本一样，只是该坐标系统随气隙磁场一起以角速度转动。,(6)(dq0c)为建立在气隙上的等效实数直角坐标系统,1)在转换公式(5-9)中，X与Y既可以为电流，也可以为电压和磁链，变换矩阵C是一样的。 2)对于两个坐标系统的变换，其变换矩阵C不是唯一的，只要保证变换矩阵C的行列式不等于零即可。
6、3)上述所有等效坐标系统中的0轴都是一样的，即为垂直于两个直角轴线平面的轴线。,5.2.2 标幺值,标幺值定义：基值额定值或最大值，对瞬态过程解算一般采用最大值作为基值； 实值实际过程中的数值； 标幺值实值/基值。 以下的等式： 电压的基值=电流的基值阻抗的基值 功率的基值=电压的基值电流的基值 电抗的基值=角频率的基值电感的基值 磁链的基值=电感的基值电流的基值 电压的基值=磁链的基值/时间的基值 时间的基值=1/角频率的基值，。,5.3 动态等效电路,5.3.1 动态数学模型 5.3.2 不同坐标系下的等效电路,5.3.1 动态数学模型,5.3.1 动态数学模型,5.3.1 动态数学模型,
7、5.3.1 动态数学模型,图5.3 交流电机等效为直流电机,5.3.2 不同坐标系下的等效电路,图5.4 同步旋转的d、q模型等效电路 a)d轴等效电路 b)q轴等效电路,5.3.2 不同坐标系下的等效电路,5.3.2 不同坐标系下的等效电路,图5.5 模型等效电路 a)轴等效电路 b)轴等效电路,5.3.2 不同坐标系下的等效电路,5.3.2 不同坐标系下的等效电路,图5.6 固定在转子上的dq模型等效电路 a)d轴等效电路 b)q轴等效电路,5.4 典型过渡过程分析,5.4.1 起动过程的分析 5.4.2 调速与负载变化过渡过程的分析 5.4.3 三相突然短路过渡过程的分析,5.4.1 起
8、动过程的分析,在实际针对某台异步电机进行分析时，为了使得计算结果更加符合实际，在计算中需要考虑如下的因素： 1) 对于起动这一过渡过程的研究，选择了额定相电压的最大值为电压基值，额定相电流最大值为电流基值；而在电机一般的设计和分析中，通常取电机的有功电流有效值作为电流基值，它由电机额定输出功率决定。 2) 对于参数变化明显的电机如深槽或双笼型异步电机，转子阻抗随转差率的变化而显著变化。,通过上述分析可以得出： 1)用稳态运行理论分析起动过程有时在某些区段会带来较大误差，在实际中需予以注意。 2)转矩-转速曲线和电流-转速曲线在稳态运行和暂态起动过程两种工况下是有差异的，也应予以注意。,5.4.
9、1 起动过程的分析,图5.7 异步电机起动过程与稳态运行时的特性曲线比较 a)转矩-转速曲线 b)电流-转速曲线,5.4.1 起动过程的分析,5.4.2 调速与负载变化过渡过程的分析,(1)调速过渡过程仿真 对矢量控制、直接转矩控制两种控制策略下的拖动系统进行调速测试。 (2)变负载仿真,5.4.2 调速与负载变化过渡过程的分析,图5.8 矢量控制基本原理图,5.4.2 调速与负载变化过渡过程的分析,图5.9 直接转矩控制原理框图,(1)调速过渡过程仿真,图5.10 电机矢量控制/直接转矩控制 调速仿真实验转速波形,(1)调速过渡过程仿真,图5.11 电机矢量控制/直接转矩控制调速仿真实验转速
10、图(局部),(1)调速过渡过程仿真,图5.12 调速实验中的电磁转矩,(2)变负载仿真,图5.13 突加、撤去恒转矩负载的转速曲线,(2)变负载仿真,图5.14 恒转矩负载下的调速,(2)变负载仿真,图5.15 恒功率负载下的调速,(2)变负载仿真,图5.16 风机、泵类负载下的调速,5.4.3 三相突然短路过渡过程的分析,5.4.3 三相突然短路过渡过程的分析,5.4.3 三相突然短路过渡过程的分析,5.4.3 三相突然短路过渡过程的分析,5.4.3 三相突然短路过渡过程的分析,图5.17 定子暂态电抗的等效电路,5.4.3 三相突然短路过渡过程的分析,图5.18 转子暂态电抗的等效电路,5
11、.4.3 三相突然短路过渡过程的分析,图5.19 1200kW三相异步电机突然短路的A相电流,5.5 动态过程虚拟试验平台,可控电源-电机系统仿真软件的设计目的是进行电机系统及其控制的设计工作。因此软件功能设置和使用者界面设计的指导思想是设计成为一个仿真的试验平台，让使用者可以以熟悉的方式在计算机上完成一些试验研究工作，从而帮助设计人员更加快速有效地展开工作。整个软件的工作流程可以简单地概括为设定参数控制仿真观察结果三个部分。一般采用C+Builder进行虚拟实验平台软件的功能和界面开发工具。 如图5.20所示，主页面为图形化的参数设定页面，单击系统拓扑图的相应位置，将对系统作出相应的设定，图中设定为采用直接转矩控制并且不带速度传感器(码盘)。单击的同时将弹出相应的参数设定窗口以设定各部分的参数。如图5.21所示为电机的参数设定。,5.5 动态过程虚拟试验平台,图5.20 软件主界面,5.5 动态过程虚拟试验平台,图5.21 电机参数设定窗口,5.5 动态过程虚拟试验平台,图5.22 多路动态示波器,5.5 动态过程虚拟试验平台,图5.23 虚拟实验平台软件工作画面,
