【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3C:co sICT????式中? (23) 由 (14)式 : 直流控制與電流成正比 控制電流就能控制轉(zhuǎn)矩 交流調(diào)速中需控制的是電壓 電流 和頻率 如何通過(guò)控制電壓 電流 和頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩 交流異步電機(jī)中 影響轉(zhuǎn)矩的因素較多 轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為直流控制與電流成正比 控制電流就能控制轉(zhuǎn)矩 交流調(diào)速中需控制的是電壓 電流 和頻率 如何通過(guò)控制電壓 電流 和頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩 交流異步電機(jī)中 影響轉(zhuǎn)矩的因素較多 轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為 2212212212212)LS()R(SE)L()SR(EI???????????221222212222 )LS(RR)L()SR(SRC O S2 ????????????? (24) 考慮到電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù) Cm與其他各量的關(guān)系 ,對(duì)比 (24)式與(16)式 : (16) 22122212m1w1mm1w11m1w11m1w1112212221mm)LS(RRSkWC21T:kW21kW2)LS(RRSECT:????????????????????????于是又代入轉(zhuǎn)矩表達(dá)式2212221211p )LS()R(RS)E(n3T???????? 當(dāng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí) ,S很小 ,因而 也很小 ,一般為 的 2%~5%,因此近似認(rèn)為 : 則得到 : 2? 1?222 RL ????222mm RKT ???? (25) 上式說(shuō)明 :在 S很小的范圍內(nèi) ,只要維持 不變 ,T就近似與 成正比 (負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大 ,則 增大 ,輸出轉(zhuǎn)矩增大 ).這與直流電機(jī)一樣 ,達(dá)到間接控制轉(zhuǎn)矩的目的 ,控制 就代表控制轉(zhuǎn)矩 . : m? 2?2?2? (26) 上面只是找到轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率近似正比的關(guān)系 ,可以用來(lái)表明 1W1mm222222m2mKWC21K:)L(RRKT: 2???????式中則?? : 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念 ,現(xiàn)推導(dǎo)具體的控制規(guī)律 : (1).控制規(guī)律一 轉(zhuǎn)差頻率控制來(lái)代表控制轉(zhuǎn)矩 由圖 :當(dāng) 較小時(shí) ,T與 Tmax Tm max?2?T m? max?圖 (十一 ) 恒定控制時(shí) T=f( )曲線 2?m?2? 2?成正比 。當(dāng) = 時(shí) ,T=Tmax,取 dT/dS=0則 2?2?因此 ,轉(zhuǎn)差頻率控制的系統(tǒng)中 ,只要給 限幅 ,使其限幅值為 : 2? (27) 22mmm a xL2KT???22m a xLR????22m a xmLR???? ??就可以保持 T與 的關(guān)系 ,也就可以用轉(zhuǎn)差頻率控制來(lái)代表控制轉(zhuǎn)矩 . (2).控制規(guī)律二 保持 恒定 2?m?R1 LLLUIIES111m220I12R?圖 (十二 )異步電機(jī)等值電路圖 忽略鐵心磁飽和 ,鐵損時(shí) 與 I0成正比 m?021 III??? ?? (28) m11021212LjEILjSREI???????????? 代入 (28)式 : 取等式兩端相量的幅值 2212222m12201 LR)LL(RII22?????????? (29) 2122m1202122m120212m12m121m121211LjR)LL(jRILjSR)LL(jSRI)LjSR(Lj)LL(jSRE]Lj1LjSR1[EI???????????????????????????????????????????I1 I0 2?02 2m IL LL ? ??圖 (十三 )保持 恒定時(shí) 函數(shù)曲線 m? )(fI 21 ??討論 :當(dāng) 不變 (I0不變 ),I1與 m? 2?函數(shù)關(guān)系如 圖 (十三 ) (1)當(dāng) =0時(shí) ,I1=I0,在理想空載時(shí)定子電流等于勵(lì)磁電流 . (2)若 增大 ,(29)式中分子中含 項(xiàng)的系數(shù)大于分母中含 項(xiàng)的系數(shù) ,因此 I1增大 . (3)當(dāng) 時(shí) 2?2?2?2?2???2?022m2 ILLL)in f (L???????2?(4) 為正 ,負(fù)值時(shí) ,I1對(duì)應(yīng)不變 ,曲線軸對(duì)稱 . 按 (29)式的關(guān)系控制定子電流就能保持 恒定 . m? 優(yōu)點(diǎn)與不足 : (1)頻率控制環(huán)節(jié)輸入轉(zhuǎn)差信號(hào) ,而頻率信號(hào)是由轉(zhuǎn)差信號(hào)與實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)相加后得到的 ,因此在轉(zhuǎn)速變化過(guò)程中 ,實(shí)際頻率 隨實(shí)際轉(zhuǎn)速 同步地上升或下降 ,與轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)系統(tǒng)頻率的給定信號(hào)與 電壓成正比的情況相比 ,加 .減速更平滑 ,且容易穩(wěn)定 . 1??優(yōu)點(diǎn)與不足 : (2)由于在動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 ,系統(tǒng)能以對(duì)應(yīng)于 的限幅轉(zhuǎn)矩 Tm進(jìn)行控制 ,保證了允許條件下快速性 . m??因此 ,轉(zhuǎn)差頻率閉環(huán)系統(tǒng)具備了直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) ,是一比較優(yōu)越的控制策略 ,結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜 ,有廣泛的應(yīng)用價(jià)值 .但是 :如果認(rèn)真考查其靜 ,動(dòng)態(tài)性能就會(huì)發(fā)現(xiàn) ,基本型轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)還不能達(dá)到直流雙閉環(huán)的水平 ,其原因是 : (2)電流調(diào)節(jié)器只控制電流的幅值 ,并未控制電流的相位 ,而在動(dòng)態(tài)過(guò)程中電流的相位若不及時(shí)趕上去 ,將延緩轉(zhuǎn)矩的變化 . (3) 是非線性的 ,無(wú)論采用何種方式產(chǎn)生 ,都是近似的 ,存在一定誤差 . )(fI 21 ?? (4)在頻率控制環(huán)節(jié)中 ,使實(shí)際頻率 隨實(shí)際轉(zhuǎn)速 上升或下降 ,著本是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn) ,但是若測(cè)速信號(hào)不準(zhǔn)確和有干擾 ,也會(huì)造成誤差 . 1? (1)分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時(shí) ,是從電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的 . 只在穩(wěn)態(tài)時(shí)成立 ,動(dòng)態(tài)過(guò)程中 的變化未研究 ,但肯定不恒定 , 勢(shì)必影響動(dòng)態(tài)性能 . m?Cm ??r??? ?? 21r?（四） .電壓空間矢量控制： (磁 鏈跟蹤控制 ） （四）.電壓空間矢量控制： UUUUAOBOCOABC圖（ 14）電壓空間矢量 按照電壓所加繞組的空間位置來(lái)定義，如圖（ 14） A,B,C分別表示在空間靜止不動(dòng)的電機(jī)定子三相繞組的軸線，三相定子相電壓 UAO,UBO,UCO分別加在三相繞組上，可定義三個(gè)電壓空間矢量 uAO,uBO和 uCO,它們的方向始終在各相的軸線上，而大小隨時(shí)間按正弦規(guī)律作脈動(dòng)方式，相位互差 120 1?度。三相電壓空間矢量相加的合成矢量 u1是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的 ,空間矢量，它的幅值不變，是每相電壓值的 3/2倍；當(dāng)頻率不變時(shí)，它以電源角頻率 為電氣角速度作同步旋轉(zhuǎn)。 1?COBOAO1 uuuu ???同理，可定義電流和磁鏈的空間矢量 I和 。 ?1111 dtdIRu ???111 ,I,u ?分別為三相電壓，電流，磁鏈的合成空間矢量。 當(dāng)轉(zhuǎn)速不是很低時(shí)，定子電阻壓降較小，可忽略不計(jì)，則： ???dtudtdu1111??（ 30） （ 31） （ 32） （ 33） 式（ 32）表明， u1的大小等于 的變化率，而方向則與 的運(yùn)動(dòng)方向一致。 1? 1?uu u1111?1?圖（ 15）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡的關(guān)系 tjm1 1e ??? ?)2t(jm1tjm1tjm1 111 eej)e(dtdu ???? ????? ????（ 34） 由（ 34）式可知，當(dāng)磁鏈幅值 一定時(shí)， u1的大小與 成正比，方向?yàn)榇沛湀A形軌跡的切線方向。如圖（ 15） m?1?這樣，電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形狀問(wèn)題就可轉(zhuǎn)化為電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀問(wèn)題。 ABCV1V2V3V4V5V6U / 2U / 2M 上橋臂器件導(dǎo)通用“ 1”表示，下橋臂器件導(dǎo)通用“ 0”表示。 圖（ 16）逆變器原理圖 8種工作狀態(tài) 100， 110， 010， 011， 001， 101與 111， 000。 uuuuuu12345601?2?1??圖（ 17）電機(jī)空間矢量與磁鏈?zhǔn)噶康年P(guān)系 電壓空間矢量依次為 u1,u2……u 6 1tu ???? 一個(gè)周期中只有 6次開(kāi)關(guān)切換，只產(chǎn)生正六邊形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而不是圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。利用電壓空間矢量的線性組合，以獲得更多的與 u1….u 8相位不同的電壓空間矢量，最終構(gòu)成一組等幅不同相位的電壓空間矢量，從而形成盡量逼近圓形的磁場(chǎng)。這樣，在一個(gè)周期內(nèi)逆變器的開(kāi)關(guān)次數(shù)就要超過(guò) 6次，其輸出電壓將不再是 6拍階梯波，而是一系列等幅不等寬的脈沖波。 圖（ 18）電壓空間矢量線性組合 設(shè)在 u1狀態(tài)終了后，期望在 TZ時(shí)間內(nèi)（ 電角度表示），其作用的是 ur1,其相位與 u1,u2不同 ， 但幅值相等。 z?uuuuu12r112Z2TtZ1Tt?60z?四 .異步電機(jī)的多變量數(shù)學(xué)模型和坐標(biāo)變換 ? (一 )概述 : ? 現(xiàn)代自動(dòng)控制普遍要求動(dòng)作靈活 ,行動(dòng)快速 ,定位準(zhǔn)確 ,對(duì)傳動(dòng)和伺服系統(tǒng)有很高的要求 . V/f=C只控制磁通 ,不控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩 , 轉(zhuǎn)差頻率控制 :可在一定程度上控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩 ,但是轉(zhuǎn)差頻率控制是由電機(jī)靜態(tài)方程上導(dǎo)出的 ,電機(jī)動(dòng)態(tài)性能較差 .考慮到動(dòng)態(tài)快速變化的過(guò)程中 ,電機(jī)除穩(wěn)態(tài)電流外 ,還有相當(dāng)大的瞬態(tài)電流 ,產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩有很大的不同 .因此良好的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 ,有效地控制電機(jī)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩是關(guān)鍵 . : (1).直流電機(jī) :磁通由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生 ,可以事先建立而不參與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程 ,因此動(dòng)態(tài) 數(shù)學(xué)模型只有一個(gè)輸入變量 — 電樞電壓和一個(gè)輸出變量 — 轉(zhuǎn)速 . 在控制對(duì)象中含有機(jī)電時(shí)間常數(shù) 和 電樞 時(shí)間常數(shù) ,若把SCR整流裝置算進(jìn)去 ,則還有 SCR滯后時(shí)間常數(shù) ,在工程能夠允許的假設(shè)條件下 ,可以描述成單變量 (單輸入 ,單輸出 )三階線性系統(tǒng) ,完全可以用經(jīng)典的線性控制理論和由它發(fā)展出來(lái)的工程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和設(shè)計(jì) . ? e?s? 機(jī)械結(jié)構(gòu)上 ,電刷在磁極的幾何中線上 , 勵(lì)磁繞組產(chǎn)生主磁通 與電機(jī)電流產(chǎn)生的 電樞反應(yīng) 電動(dòng)勢(shì) ,在空間正交 ,即 不互相影響 ,可單獨(dú)調(diào)節(jié) . ? Fe Fe??ar iCT ??轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 : (2)交流電機(jī) :. 異步 電機(jī)變頻調(diào)速要進(jìn)行 V/f的協(xié)調(diào)控制 ,有電壓和頻率二種獨(dú)立變量 ,若考慮電壓是三相 ,實(shí)際輸入變量的數(shù)目有四個(gè)獨(dú)立變量 .輸出變量中 ,除轉(zhuǎn)速外 ,磁通也要算一獨(dú)立變量 .因電機(jī)外部加三相電壓 ,磁通的建立和轉(zhuǎn)速的變化是同時(shí)進(jìn)行的 ,但為了獲 得良好的動(dòng)態(tài)性能 ,還希望對(duì)磁通施加某種控制 ,是它在動(dòng)態(tài)過(guò)程中盡量保持恒定 .因此 異步 電機(jī)是一多變量 (多輸入多輸出 )系統(tǒng) ,而電壓 (電流 )磁通 ,轉(zhuǎn)速之間互