第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统1211.ppt

电力拖动自动控制系统 —运动控制系统 基于动态模型的异步电动机调速 异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。 矢量控制和直接转矩控制是已经获得成熟应用的两种基于动态模型的高性能交流电动机调速系统。 基于动态模型的异步电动机调速 矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，然后模仿直流电动机控制。 直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符号，根据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制。 内 容 提 要 异步电动机动态数学模型的性质 异步电动机三相数学模型 坐标变换 异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型 异步电动机在正交坐标系上的状态方程 内 容 提 要 异步电动机按转子磁链定向的矢量控制系统 异步电动机按定子磁链控制的直接转矩控制系统 直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较 6.1异步电动机动态数学模型的性质 电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电流与磁通的乘积产生转矩，转速与磁通的乘积得到感应电动势。 无论是直流电动机，还是交流电动机均如此。 交、直流电动机结构和工作原理的不同，其表达式差异很大。 6.1异步电动机动态数学模型的性质 他励式直流电动机的励磁绕组和电枢绕组相互独立，励磁电流和电枢电流单独可控，励磁和电枢绕组各自产生的磁动势在空间无交叉耦合。 气隙磁通由励磁绕组单独产生，而电磁转矩正比于磁通与电枢电流的乘积。 保持励磁电流恒定，只通过电枢电流来控制电磁转矩。 6.1异步电动机动态数学模型的性质 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。 （1）异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也是一个输出变量。 6.1异步电动机动态数学模型的性质 （2）异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，在数学模型中含有两个变量的乘积项。 （3）三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模型是一个高阶系统。 Maxwell电磁场基本方程 Maxwell电磁场基本方程 1860年提出，1873论文，“论电与磁” 二种形式：微分，积分形式 Maxwell电磁场基本方程 为了物理概念上清楚，采用积分形式： 1． c：一个平面上的闭合电路 s：c包围的面积 E：电场强度[伏/米] da：面积元 B：磁通密度[weber/m2] dl：线元 ：磁通量[weber] 2. ：全电流 ：真空磁导率。4πx10-7亨利/米 ：介电常数8.85410-12库仑2/牛顿.米2 ：自由电荷电流密度（传导电流+运动电流（真空管中离子电流）） ：束缚电荷电流密度（位移电流+极化电流） 3. s:为一空间闭合曲面 4. s:为一空间闭合曲面 解释： ①.e的正方向，于Φ右手螺旋E与Φ的变化率成正比。 负号：E产生的电流所产生的磁场与原磁场变化方向相反。电磁感应定律==动磁生电 ②.同上定义正方向 C上对B的积分等于C包围的全电流的代数和 频率不高时 ,可忽略，即得到安培环路定律 == 动电生磁 ③．一个封闭曲面上对磁通密度的积分为零——磁场是无源的 ④．一个封闭曲面上对电场强度E的积分—电场是有源的 磁势（磁动势m.m.f.magnetomotive force） 磁场（三维空间） 忽略横向漏磁 任一截面磁力线分布相同 条件： 1. 频率不高（可忽略位移电流） 2.高导磁材料（磁通约束在导磁体内，均匀） 实际上：ur，铁磁体2000~8000， 远不及导电体与空气的导电率比值 ，所以漏磁比漏电容易。 磁通密度和磁场强度 B—磁通密度,flux density[wb/m2] 用相同的电流产生的磁通密度B，与材料μ有关。 定义：磁场强度H [安匝/m]，[A/m] 这样一来： 回路c 中磁场强度H的积分只与c 所包围的电流有关，与回路c 的介质磁导率无关。 例：如图有 即 由于φ在一个闭合磁路 中，任意截面φ相同 磁阻（Reluctance） 定义磁阻（Reluctance）安匝/韦伯 由此 串联磁路的欧姆定律 F: