電力電子變流器控制系統(tǒng) 課件 2交流異步電機(jī)控制系統(tǒng)

鄭常寶電力電子變流器控制系統(tǒng)第2頁2 交流異步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.1基于穩(wěn)態(tài)模型的異步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.1.1

異步機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速方法1、異步機(jī)機(jī)械特性第3頁2.1基于穩(wěn)態(tài)模型的異步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.1.1

異步機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速方法1、異步機(jī)機(jī)械特性第4頁2.1基于穩(wěn)態(tài)模型的異步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.1.1

異步機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速方法2、異步機(jī)調(diào)速方法按改變參數(shù)的不同，調(diào)速方法有三種：①變極對(duì)數(shù)np調(diào)速，②變頻f1調(diào)速，③變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速分為：轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速、改變定子電壓調(diào)速、滑差電機(jī)調(diào)速、繞線異步機(jī)雙饋調(diào)速。定子轉(zhuǎn)遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率一部分轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率Pmech=(1-s)Pm，由軸輸出；另一部分轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)差功率Ps=sPm。按對(duì)待轉(zhuǎn)差功率的不同，調(diào)速方法有三類：轉(zhuǎn)差功率不變型、轉(zhuǎn)差功率饋送型、轉(zhuǎn)差功率消耗型。變極對(duì)數(shù)調(diào)速和變頻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速，無論電機(jī)高速還是低速，轉(zhuǎn)差功率不變。雙饋調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速，轉(zhuǎn)差功率回送給電網(wǎng)。其它改變參數(shù)的調(diào)速方法屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速，消耗更多轉(zhuǎn)差功率獲得轉(zhuǎn)速的降低，調(diào)速效率低。第5頁2.1基于穩(wěn)態(tài)模型的異步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.1.1

異步機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速方法3、異步機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)第6頁2.1基于穩(wěn)態(tài)模型的異步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.1.2異步機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)1.變頻調(diào)速原理(1)額定頻率f1N（基頻）以下變頻調(diào)速第7頁2.1基于穩(wěn)態(tài)模型的異步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.1.2異步機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)1.變頻調(diào)速原理(2)額定頻率f1N（基頻）以上變頻調(diào)速頻率從額定頻率增加時(shí)，受絕緣水平的限制定子電壓不能高于額定電壓，只能等于額定電壓。隨著頻率上升，勵(lì)磁磁通下降，低于額定磁通，屬于弱磁調(diào)速。頻率越高，磁通下降越多。允許流過電機(jī)轉(zhuǎn)子電流為額定電流，磁通下降，電磁轉(zhuǎn)矩Te下降。電機(jī)減弱磁通，速度增加，即弱磁升速。功率近似不變，近似為恒功率調(diào)速。2.恒壓頻比控制變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性(1)基頻以下第8頁2.恒壓頻比控制變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性(2)基頻以上第9頁3.變頻器（1）主電路(2)PWM控制技術(shù)1）SPWM2)SVPWM（3）電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)（加）圖5-21電壓空間矢量1）、空間矢量的定義2）、電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系圖5-22旋轉(zhuǎn)磁場與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡圖5-23電壓矢量圓軌跡3）PWM逆變器基本輸出電壓矢量圖5-24基本電壓空間矢量圖（SA,SB

,SC）=(0,0,0)（SA,SB

,SC）=(0,1,1)（SA,SB

,SC）=(0,0,1)（SA,SB

,SC）=(1,1,0)（SA,SB

,SC）=(1,0,0)（SA,SB

,SC）=(1,0,1)（SA,SB

,SC）=(0,1,0)（SA,SB

,SC）=(1,1,1)2024/12/3154）正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場圖5-27電壓空間矢量的六個(gè)扇區(qū)圖5-28期望輸出電壓矢量的合成5）期望電壓空間矢量的合成6）SVPWM的實(shí)現(xiàn)方法a、零矢量集中的實(shí)現(xiàn)方法圖5-29零矢量集中的SVPWM實(shí)現(xiàn)b、零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法圖5-30零矢量分布的SVPWM實(shí)現(xiàn)7)

SVPWM控制的定子磁鏈圖5-31N=4時(shí)期望的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E圖5-32定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)的7步軌跡圖5-33N=4時(shí)實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E第23頁第24頁4.轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)2.2 基于動(dòng)態(tài)模型的異步機(jī)調(diào)速系統(tǒng)2.2.1 三相異步機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型研究異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型時(shí)，假設(shè)：①忽略空間諧波，三相繞組對(duì)稱，在空間互差120o電角度，磁動(dòng)勢沿氣隙按正弦規(guī)律分布。②忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的。③忽略鐵心損耗。④不考慮頻率變化和溫度對(duì)繞組電阻的影響，繞組電阻恒定。第25頁1.磁鏈方程第26頁2.電壓方程3.轉(zhuǎn)矩方程第27頁2.2.2 坐標(biāo)變換1．空間矢量及三種坐標(biāo)系第28頁2．Clarke變換（3s/2s變換）3．Park變換4．坐標(biāo)變換對(duì)諧波次數(shù)的變換第29頁2.2.3 正交坐標(biāo)系中的異步機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型1．αβ坐標(biāo)系中異步機(jī)的微分方程第30頁2．dq坐標(biāo)系中異步機(jī)的微分方程第31頁2.2.4旋轉(zhuǎn)正交dq坐標(biāo)系中異步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程1、以ω-is-ψr為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程第32頁2、以ω-is-ψs為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程第33頁2.2.5異步機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)1、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向dq坐標(biāo)系中的異步機(jī)狀態(tài)方程第34頁第35頁2、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)第36頁3.按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)電流控制第37頁

4.按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步機(jī)矢量控制系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)矩控制5.轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算第38頁2.2.6異步機(jī)按定子磁鏈定向的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)1.逆變電路輸出電壓的矢量上通下斷，s=1;下通上斷，s=0，開關(guān)狀態(tài)有8種。

8種狀態(tài)導(dǎo)通的器件是（二進(jìn)制數(shù)）：V4、V6、V2（000），V1、V6、V2（100），V1、V3、V2（110），V4、V3、V2（010），V4、V3、V5（011），V4、V6、V5（001），V1、V6、V5（101），V1、V3、V5（111）。第39頁第40頁2.按定子磁鏈定向的dq坐標(biāo)系中的異步電動(dòng)機(jī)狀