1、交流電機(jī)控制技術(shù) 1近代交流調(diào)速是80年代新興的一門(mén)邊緣學(xué)科。狹義上：如何控制電機(jī)；廣義上：是以電機(jī)為控制對(duì)象，研究如何將電力電子、信息控制等最新技術(shù)成果應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本課特點(diǎn)：理論與實(shí)際相結(jié)合。學(xué)習(xí)方法：理解 消化原理、理解過(guò)程、掌握分析方法教材：近代交流調(diào)速佟純厚主編2課時(shí)要求本課總學(xué)時(shí)：40學(xué)時(shí)其中：實(shí)驗(yàn)6 學(xué)時(shí)，每次3學(xué)時(shí)去年成績(jī)?cè)u(píng)定：試卷80分；平時(shí)成績(jī)20分平時(shí)成績(jī)包括：作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、出勤率共15分；實(shí)驗(yàn)5分。3講課主要內(nèi)容1.交流調(diào)速的一般基礎(chǔ) 1234節(jié)2.交直交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng) 1234節(jié)3.交直交電流型變頻調(diào)速系統(tǒng) 1234節(jié)，56節(jié)為自學(xué)內(nèi)容5.PWM逆變器 12

2、3節(jié)6.交交變頻器 12節(jié)7.異步電機(jī)矢量控制 16節(jié)8.直接轉(zhuǎn)矩控制、模糊控制在交流調(diào)速中的應(yīng)用4一、直流調(diào)速的特點(diǎn) 在過(guò)去的學(xué)習(xí)中我們知道直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，直流拖動(dòng)一直占據(jù)調(diào)速領(lǐng)域的統(tǒng)治地位。直流調(diào) 速的有許多優(yōu)點(diǎn)如：調(diào)速范圍寬、靜差小、 穩(wěn)定性好、有良好的動(dòng)態(tài)特性等。 （機(jī)械特性）問(wèn)題：直流電機(jī)由于其本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（機(jī)械換 向）使其 難于有更進(jìn)一步的發(fā)展空間。5直流調(diào)速的缺點(diǎn)1.轉(zhuǎn)速受限：換向器表面線(xiàn)速度不允許轉(zhuǎn)速過(guò)高;2.容量受限：機(jī)械換向器限制直流電機(jī)最高電壓； 3.動(dòng)態(tài)特性受限：為了換向器可靠，要增大電樞和換向器的直徑（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加），影響快速響應(yīng)；

3、4.檢修困難：機(jī)械換向結(jié)構(gòu)復(fù)雜，更換電刷費(fèi)用高;5.使用環(huán)境受限：機(jī)械換向產(chǎn)生電火花、電刷腐蝕6.造價(jià)高，同一級(jí)別、同一容量的直流電機(jī)要比交流電機(jī)造價(jià)高出許多。6二、交流調(diào)速的特點(diǎn)1.容量大、轉(zhuǎn)速高、耐高壓。2.對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低。4. 調(diào)速系統(tǒng)性能不斷提高。 （機(jī)械特性 控制復(fù)雜）7三、交流調(diào)速系統(tǒng)8四、交流調(diào)速的發(fā)展和現(xiàn)狀1、有需求：交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，耐用，事故率低，容易維護(hù)，所以應(yīng)用廣泛，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面電動(dòng)機(jī)負(fù)荷占總發(fā)電量的6070。2、問(wèn)題：調(diào)速困難，性能指標(biāo)不佳。3、問(wèn)題的原因：交流調(diào)速理論需要突破和電子器件不能滿(mǎn)足交流調(diào)速理論的應(yīng)用。9四、交流調(diào)速的

4、發(fā)展和現(xiàn)狀4、技術(shù)的發(fā)展：電力電子技術(shù)的發(fā)展（功率半導(dǎo)體器件制造技術(shù)和電力變換技術(shù)的發(fā)展）為交流調(diào)速的發(fā)展提供了技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。（各種大功率半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)為交流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；各種半導(dǎo)體功率變換器AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC實(shí)現(xiàn)了變壓、變流、變頻使交流調(diào)速的理論得以成為現(xiàn)實(shí)。）交流電機(jī)控制技術(shù)（包括變頻調(diào)速理論）的發(fā)展全數(shù)字化控制技術(shù)。10四、交流調(diào)速的發(fā)展和現(xiàn)狀5、交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展主要依賴(lài)以下幾個(gè)方面：開(kāi)關(guān)元件的自關(guān)斷化(從半控全控）變頻裝置的高性能化（矢量控制技術(shù)的應(yīng)用）PWM技術(shù)的應(yīng)用（改善波型、提高響應(yīng)能力）全數(shù)字控制技術(shù)(引入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控

5、制)電力變換技術(shù)(軟開(kāi)關(guān)電力變換技術(shù)）11變頻調(diào)速技術(shù)中常見(jiàn)的電力電子器件 晶閘管 SCR （silicon controlled rectifier）：半控器件，可控制導(dǎo)通不能自行關(guān)斷。鏍栓型平板型12變頻調(diào)速技術(shù)中常見(jiàn)的電力電子器件 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管GTO（gate turn-off thyristor）：全控器件，用在大容量高壓變頻系統(tǒng)中。門(mén)極加正信號(hào)導(dǎo)通、加負(fù)信號(hào)關(guān)斷。 13 IGCT（integrated gatecommutated thyristors）集成門(mén)極換向晶閘管 變頻調(diào)速技術(shù)中常見(jiàn)的電力電子器件14變頻調(diào)速技術(shù)中常見(jiàn)的電力電子器件 功率晶體管GTR（giant tran

6、sistor）日本產(chǎn)品；是一種電流控制的雙極雙結(jié)電力電子器件，由它所組成的電路靈活、成熟、開(kāi)關(guān)損耗小、開(kāi)關(guān)時(shí)間短，但其驅(qū)動(dòng)電流較大。15變頻調(diào)速技術(shù)中常見(jiàn)的電力電子器件 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET（metal oxide semiconductor field effect transistor）（中文：金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 ），全控器件。比GTR的開(kāi)關(guān)速度快、損耗低、驅(qū)動(dòng)電流小。門(mén)極信號(hào)為電壓，分為N型和P型。16變頻調(diào)速技術(shù)中常見(jiàn)的電力電子器件 絕緣柵雙極型晶體管IGBT（insulated gate bipolar transistor）：全控器件。IGBT模塊集電極C發(fā)射極E門(mén)

7、（柵）極G17變頻調(diào)速技術(shù)中常見(jiàn)的電力電子器件功率集成電路 PIC 主要開(kāi)關(guān)元件是IGBT（1-1000kw）和GTO（1000-10000kw） PIC是電力電子器件技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵接口元件。將功率器件及其驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、接口電路等外圍電路集成在一個(gè)或幾個(gè)芯片上，就制成了PIC。18變頻調(diào)速技術(shù)中常見(jiàn)的電力電子器件智能功率模塊IPM （intelligent power module）：是以IGBT為開(kāi)關(guān)元件的一種集成電路，除了驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、接口電路等外圍電路外，還集成了過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等故障監(jiān)測(cè)電路，并可將監(jiān)測(cè)信號(hào)傳送至CPU。它真正實(shí)現(xiàn)了功率器件

8、與電路的集成；強(qiáng)電與弱電的集合；信息與動(dòng)力的統(tǒng)一，是建立在高新技術(shù)進(jìn)步基礎(chǔ)之上的。19功率開(kāi)關(guān)元件的年代劃分第一代：分立換流關(guān)斷器件SCR；第二代：自關(guān)斷器件GTO、IGBT；第三代：功率集成電路PIC、IPM。IPM電力電子器件驅(qū)動(dòng)電路保護(hù)電路故障檢測(cè)電路微機(jī)接口電路20SCR： 晶閘管 (可控硅),半控器件GTO ： 門(mén)極可關(guān)斷晶閘管,全控器件IGCT ： 集成門(mén)極換向晶閘管,全控器件GTR ： 功率晶體管,全控器件MOSFET ： MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管（中文：金屬氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 ），全控器件。IGBT ： 絕緣柵雙極型晶體管,全控器件PIC ： 功率集成電路IPM ： 智能功率模塊

9、21節(jié)能效果對(duì)比風(fēng)量Q消耗功率100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 節(jié)電量用變頻器控制用擋板控制例22五、交流調(diào)速分類(lèi)變極調(diào)速：改變極對(duì)數(shù)，有級(jí)、不連續(xù)；變轉(zhuǎn)差率：電機(jī)效率下降；變頻調(diào)速：效果好。23交流調(diào)速分類(lèi)變極調(diào)速1 改變極對(duì)數(shù) 改變磁極對(duì)數(shù)p實(shí)際上就是改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。所以，磁極對(duì)數(shù)的改變是通過(guò)改變定子繞組的接法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，機(jī)械特性如圖 241、轉(zhuǎn)子串電阻改變轉(zhuǎn)差率是通過(guò)在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所以，這種方法只適用于繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，如圖 交流調(diào)速分類(lèi)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速25交流調(diào)速分類(lèi)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速2、調(diào)解定子電壓利用雙向晶閘管來(lái)調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的輸

10、入電壓，可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，如圖 26交流調(diào)速分類(lèi)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速3、串級(jí)調(diào)速 所謂串級(jí)調(diào)速，就是向轉(zhuǎn)子繞組里加入與轉(zhuǎn)子電流頻率相同的電動(dòng)勢(shì)，來(lái)影響轉(zhuǎn)子電流。這種方法也只能應(yīng)用于繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，如圖 27交流調(diào)速分類(lèi)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速4、電磁離合器（電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī) ）電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，它相當(dāng)于兩級(jí)異步電動(dòng)機(jī)： 28交流調(diào)速分類(lèi)變頻調(diào)速變頻可以調(diào)速，而且可以無(wú)級(jí)調(diào)速改變了頻率，就改變了同步轉(zhuǎn)速，也就改變了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。 29交流電源變頻器交流電機(jī)在上述交流調(diào)速方法中最傳統(tǒng)的是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，但在低速區(qū)轉(zhuǎn)差率s大，因此轉(zhuǎn)差功率 也大，所以電機(jī)效率較低。變頻調(diào)速與變轉(zhuǎn)差率調(diào)速有很大區(qū)別

11、，從計(jì)算公式上看 ，隨著頻率的降低同步轉(zhuǎn)速也降低，從高速到低速轉(zhuǎn)差率是固定的，也就是說(shuō)即使在較低的轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)差功率也不會(huì)增加。因此變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍、高精度的調(diào)速特性。30六、變頻器分類(lèi)為使交流電機(jī)獲得變頻調(diào)速電源就需要有一套變頻裝置，按電路形式劃分變頻器可以分為交直交變頻器（間接）和交交變頻器（直接）。 （教材P8）31間接變頻器32間接變頻器調(diào)壓方式直流電源換流電路導(dǎo)通時(shí)間電壓型電流型180導(dǎo)電型120導(dǎo)電型自耦變壓器相位控制嶄波PWM調(diào)壓方式串聯(lián)電感串聯(lián)二極管輔助晶閘管33直接變頻器相數(shù)連接方式環(huán)流有環(huán)流無(wú)環(huán)流單相三相反并聯(lián)交叉開(kāi)口三角環(huán)型3435第一章變頻調(diào)速36第一節(jié) 變頻調(diào)

12、速原則及其機(jī)械特性 根據(jù)控制方式，變頻調(diào)速原則有：1.恒磁通變頻調(diào)速const2.恒功率變頻調(diào)速Pconst3.恒流變頻調(diào)速（略）I1const37恒磁通變頻調(diào)速如果簡(jiǎn)單從公式表面看：似乎只要改變頻率f就能夠?qū)崿F(xiàn)平滑改變同步轉(zhuǎn)速的目的，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。其實(shí)不然。由電機(jī)原理的理論我們知道異步電動(dòng)機(jī)電勢(shì)方程如果忽略定子壓降38恒磁通變頻調(diào)速由上式可知，在電壓一定時(shí)頻率的變化對(duì)磁通是有影響的。即：而從磁化曲線(xiàn)上看，電機(jī)設(shè)計(jì)的工作點(diǎn)在膝點(diǎn)，也就是圖中的C點(diǎn)。因此頻率下降會(huì)引起磁通的增加，造成磁路過(guò)飽和，勵(lì)磁電流If增加很快，鐵損增大，電機(jī)過(guò)熱，使電機(jī)負(fù)載能力下降、效率降低。39恒磁通變頻調(diào)速反之，頻

13、率增加將導(dǎo)致磁通下降，由下式可知：f1 m為維持恒定轉(zhuǎn)矩I2 有過(guò)流的危險(xiǎn)。不論f上升還是下降均應(yīng)保持m常數(shù)。磁通恒定是變頻調(diào)速的原則之一因此得知：定子電壓必須隨頻率成比例變化。40恒磁通變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性由電機(jī)的機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式可得到最大轉(zhuǎn)矩41當(dāng)頻率較高時(shí) 可以忽略r1，最大轉(zhuǎn)矩為常數(shù)當(dāng)頻率較低時(shí) 可以忽略xk，最大轉(zhuǎn)矩減小42即，在低頻時(shí)定子電阻r1上的壓降，對(duì)最大轉(zhuǎn)矩有較大影響。為保持理想的恒磁通變頻調(diào)速應(yīng)滿(mǎn)足： E1/f1=const上式為恒磁通、恒最大轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速的協(xié)調(diào)控制原則。但電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)E1難以測(cè)量和控制，所以在實(shí)際中，在低頻段采用一種近似方法：控制回路中加入一個(gè)函數(shù)發(fā)

14、生器，以補(bǔ)償?shù)皖l段定子電阻引起的壓降。43補(bǔ)償特性如圖：藍(lán)色無(wú)補(bǔ)償有補(bǔ)償f1U144有了低頻段的電壓補(bǔ)償，可以得出恒磁通的變頻調(diào)速原則：屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)。補(bǔ)償后的機(jī)械特性如圖。45恒功率變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，是在額定電壓下，此時(shí)的頻率為工頻。當(dāng)頻率f高于50Hz時(shí)，如果還按壓頻比等于常數(shù)的原則，電壓就要高于額定電壓，這顯然是不允許的。應(yīng)換另一種調(diào)速原則。如果： 電壓不變屬恒功率變頻調(diào)速46恒功率變頻調(diào)速可作以下證明：47恒功率變頻調(diào)速因此得到恒功率變頻調(diào)速原則：恒功率變頻調(diào)速適用于負(fù)載隨轉(zhuǎn)速升高而減輕的情況，如車(chē)床刀具等。通常為擴(kuò)大調(diào)速范圍，在基頻以上采用恒功率調(diào)速；在基頻以下采用恒轉(zhuǎn)矩

15、調(diào)速。（1-27）48變頻調(diào)速時(shí)異步電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行備注49提供頻率使電動(dòng)機(jī)加速的情況備注50結(jié)論（p13的下數(shù)三行）異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速可以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行。如果按照一定的規(guī)律控制，異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、翻轉(zhuǎn)和調(diào)速過(guò)程時(shí)間都可以縮至很短。因此在變頻調(diào)速時(shí)異步電動(dòng)機(jī)也可以具有良好的動(dòng)態(tài)特性。51變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。與電機(jī)的主電路連接52電源繼電器濾波電機(jī)開(kāi)關(guān)電抗器變頻器53第二節(jié) 電壓型變頻器工作原理變頻器由四部分組成：整流器中間電路逆變器控制電路M未畫(huà)控制電路的變頻器主電路圖如下（P14)：54變頻器主電路圖整流器逆變器中間電路551.整

16、流器連接交流電源，輸出脈動(dòng)的直流電壓，其開(kāi)關(guān)元件可以是可控或不可控器件；2.中間電路（1）一個(gè)大的電抗器Ld將整流電壓直流電流，對(duì)于逆變器來(lái)說(shuō)，中間電路相當(dāng)于一個(gè)電流源；（2）一個(gè)大的電容Cd將脈動(dòng)的直流電壓平穩(wěn)的直流電壓，對(duì)于逆變器來(lái)說(shuō)，中間電路相當(dāng)于一個(gè)電壓源；（3）通過(guò)嶄波器將固定直流電壓可變的直流電壓。（要求掌握1、2兩種中間電路）563.逆變器是變頻器的核心部分，作為異步電動(dòng)機(jī)的變頻電源，將中間直流電壓交流電壓；4.控制電路與上述三個(gè)部分有信號(hào)連接，變頻器中的所有開(kāi)關(guān)元件均由控制電路信號(hào)控制。57電壓型變頻器的工作原理主電路圖（p14 fig1-7）中間直流源并了一個(gè)大電容Cd，使直

17、流輸出具有電壓源性質(zhì)，逆變器的交流輸出電壓因此被嵌位一個(gè)矩形波，而與負(fù)載的性質(zhì)無(wú)關(guān)。但交流輸出的電流波形和相位卻是由負(fù)載的功率因數(shù)所決定。這個(gè)大電容同時(shí)又是緩沖負(fù)載無(wú)功功率的儲(chǔ)能元件。而線(xiàn)路上的Ld較小，只起限流作用。5859根據(jù)脈沖信號(hào)波形不同，三相橋式逆變電路的開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間不同，根據(jù)元件導(dǎo)通時(shí)間分為180 、 120 、 150 導(dǎo)電型1. 180 導(dǎo)電型在一個(gè)正弦波周期內(nèi)，每個(gè)主開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間為180 電角度。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)每60 控制電路發(fā)出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，依次送給VT1VT6號(hào)晶閘管。備注逆變器的工作方式60180電壓型變頻器導(dǎo)通規(guī)則VT1VT2VT3VT4VT5VT6備注 區(qū)間1 區(qū)

18、間2 區(qū)間3 區(qū)間4 區(qū)間5 區(qū)間661各導(dǎo)通區(qū)間等值電路 區(qū)間1 區(qū)間2 區(qū)間3 區(qū)間4 區(qū)間5 區(qū)間6導(dǎo)通： 561 612 123 234 345 456uao1/3ud2/3ud波形62180輸出A、B相電壓波形及AB線(xiàn)電壓波形2/3ud1/3udud63180輸出三相電壓波形64180導(dǎo)電型特點(diǎn)每只開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間是180電角度，在任意時(shí)刻有三只管子同時(shí)導(dǎo)通，換流在同一橋臂進(jìn)行。開(kāi)關(guān)：561612123234345456注意到：VT1截止VT4導(dǎo)通，而兩個(gè)管子處在同一橋臂。換流：將某只導(dǎo)通的晶閘管中的電流轉(zhuǎn)移到另一只中去，后者導(dǎo)通時(shí)前者必須可靠關(guān)斷，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為“換流過(guò)程”65線(xiàn)電

19、壓有效值相電壓有效值由輸出電壓波形求出電壓有效值66諧波分析：進(jìn)行付氏分解其中不含有3的n次倍數(shù)的諧波。67120變頻器導(dǎo)通規(guī)則VT1VT2VT3VT4VT5VT6備注 區(qū)間1 區(qū)間2 區(qū)間3 區(qū)間4 區(qū)間5 區(qū)間668120各導(dǎo)通區(qū)間等值電路 區(qū)間1 區(qū)間2 區(qū)間3 區(qū)間4 區(qū)間5 區(qū)間6導(dǎo)通： 61 12 23 34 45 561/2ud69120輸出A、B相電壓波形及AB線(xiàn)電壓波形1/2ud1/2udud70120輸出三相電壓波形及線(xiàn)電壓波形71120導(dǎo)電型特點(diǎn)每只開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間是120電角度，在任意時(shí)刻有二只管子同時(shí)導(dǎo)通，換流在相鄰橋臂進(jìn)行。開(kāi)關(guān)：611223344556注意到：V

20、T1截止VT3導(dǎo)通，而兩個(gè)管子處在相鄰橋臂（與180不同）。從安全角度看，120比180要安全，因?yàn)?20導(dǎo)電型同一橋臂的兩只管子之間隔了60電角度才導(dǎo)通，所以換流比較安全。72線(xiàn)電壓有效值相電壓有效值由輸出電壓波形求出電壓有效值 無(wú)論是線(xiàn)電壓還是相電壓均低于180導(dǎo)電型，很自然因?yàn)閷?dǎo)通時(shí)間短。73561導(dǎo)通時(shí)的電流路徑7461導(dǎo)通時(shí)的電流路徑75第三節(jié) 逆變器換流方式備注一、電網(wǎng)電壓換流在這一區(qū)間內(nèi)電壓uBuAVT3承受的是正向電壓，給一個(gè)觸發(fā)信號(hào)VT3，VT1承受的是反向電壓就會(huì)關(guān)斷。不必另加換流電路。76二、負(fù)載反電勢(shì)換流備注換流前關(guān)VT1換流后條件：同步電動(dòng)機(jī)77換流前電流路徑78換流

21、超前角備注79換流后電流路徑備注80強(qiáng)迫換流以上兩種換流方式不需要額外的換流電路，所以稱(chēng)為自然換流。強(qiáng)迫換流：利用專(zhuān)門(mén)的換流電路使晶閘管關(guān)斷。主要針對(duì)使用半控器件的交直交變頻器來(lái)說(shuō)的，由于在逆變器前的直流電路極性是不變的，不能用電網(wǎng)電壓過(guò)零的自然換流；在大多數(shù)情況下供電負(fù)載是三相異步電動(dòng)機(jī)，也不能用反電勢(shì)自然換流法（要求負(fù)載是同步電動(dòng)機(jī)）。只能采用強(qiáng)迫換流法。備注81第四節(jié) 變頻器的變壓方式一、自耦變壓器備注82自耦變壓器調(diào)壓原理頻率發(fā)生器輸出頻率給定信號(hào)送到逆變器控制電路，逆變器輸出為恒壓變頻電源，再通過(guò)自耦變壓器來(lái)調(diào)壓達(dá)到變壓變頻，變壓控制是通過(guò)f/U變換器得到對(duì)應(yīng)于f的U值，與反饋電壓比

22、較得到差值信號(hào)，經(jīng)伺服放大機(jī)構(gòu)去滑動(dòng)電刷在自耦變壓器上的抽頭。這種系統(tǒng)簡(jiǎn)單U/f誤差小，啟動(dòng)沖擊電流小。缺點(diǎn)：體積大，伺服動(dòng)態(tài)響應(yīng)差 83二、相位控制變壓備注84三、嶄波器調(diào)壓1、脈沖頻率調(diào)制PFM：導(dǎo)通時(shí)間一定，改變開(kāi)關(guān)的通、斷頻率或周期來(lái)調(diào)壓；2、脈沖寬度調(diào)制PWM：開(kāi)關(guān)頻率或周期一定，改變導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)輸出電壓平均值備注85四、脈寬調(diào)制（PWM）變壓 將U、f的控制和協(xié)調(diào)都放在逆變器控制電路中，整個(gè)系統(tǒng)只有一套控制電路。既可以提高功率因數(shù)又可以改善波形削減高次諧波。有關(guān)內(nèi)容將在第五章講述。思考題 10. 逆變器開(kāi)關(guān)為150導(dǎo)電型，負(fù)載Y接，分析輸出電壓波形。步驟：1.畫(huà)出6只管子導(dǎo)通時(shí)序；

23、 2.各區(qū)間三相負(fù)載等值電路； 3.畫(huà)出相電壓和線(xiàn)電壓波形。8687第二章 交直交電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)一、概述簡(jiǎn)單的交直交電壓型變頻調(diào)速主電路如圖注88僅可用于小容量的能耗制動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)有再生能量反饋時(shí)可通過(guò)在Cd兩端并聯(lián)一條能耗電路，當(dāng)Ud上升到一定高度時(shí)觸發(fā)VT0，再生能量消耗在電阻R上。注89為實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)的主電路再生能量較大時(shí)，可在整流側(cè)反向并聯(lián)一組晶閘管三相橋，將能量反饋給電網(wǎng)。注90二、 串聯(lián)電感式電壓型逆變器對(duì)于不具備自關(guān)斷功能的半控器件，需要有強(qiáng)迫換流電路，利用電路中的儲(chǔ)能元件，在適當(dāng)時(shí)機(jī)釋放能量，對(duì)開(kāi)關(guān)施加反壓使其關(guān)斷。注主電路見(jiàn)P25.Fig2-291換流原理每個(gè)周期中六個(gè)開(kāi)關(guān)元

24、件導(dǎo)通規(guī)律如書(shū)P25表2-1所示。L1和L4串聯(lián)在二個(gè)互補(bǔ)換流的晶閘管VT1和VT4之間。按晶閘管導(dǎo)通規(guī)律換流是在1.4 2.5 3.6管子之間進(jìn)行： 123234345456561612注92分析換流過(guò)程作幾點(diǎn)假設(shè)：1.換流時(shí)間逆變周期，換流過(guò)程中負(fù)載不變：iLIL；2.每個(gè)橋臂上電感緊耦合，且L1L61/2L3.不計(jì)電容器漏電流，且C1=C6=C4.晶閘管瞬間導(dǎo)通（不計(jì)開(kāi)通時(shí)間）注93換流過(guò)程A：穩(wěn)定階段VT1穩(wěn)定導(dǎo)通，uc4Ud ，VT4 承受正壓注uxAuxy=uxNic1= -ic4iL94B 換相階段（C4放電）注uxAuxy=uxNic1= -ic4A95C.D環(huán)流和反饋（L放能

25、）注Ic1=-Ic4uxAuxy=uxN96E 負(fù)載電流反向階段注97串聯(lián)電感式電壓型逆變器特點(diǎn)1、晶閘管利用率高于120導(dǎo)電型2、有衰減電阻，對(duì)效率影響較大3、負(fù)載重時(shí)換流困難，容量tq 則VT1可靠關(guān)斷。這時(shí)CA被反向充電，VT1恢復(fù)正向阻斷能力，為下次換流作準(zhǔn)備。t0105 D、諧振電流逐漸降為零，uCA達(dá)到最大，由于IL不變迫使VD4導(dǎo)通負(fù)載電流從CA中移到VD4，在iVT0時(shí)iVT 自動(dòng)關(guān)斷，uCAUco106 E、電機(jī)漏感釋放能量，維持IL 原來(lái)方向，漏感能量釋放完IL過(guò)零，觸發(fā)VT4導(dǎo)通，IL反向達(dá)到新穩(wěn)定狀態(tài)。注107四、電壓型變頻調(diào)速系統(tǒng)相位控制頻率控制108電壓型變頻調(diào)速系

26、統(tǒng)1、電壓頻率變換器 功能：將電壓信號(hào)變成頻率信號(hào)2、環(huán)形分配器 功能：把頻率脈沖信號(hào)變成周期性的驅(qū)動(dòng)信號(hào)3、函數(shù)發(fā)生器 功能：補(bǔ)償定子電阻壓降的影響（低頻），保證磁通恒定 109 環(huán)型分配器來(lái)自壓頻振蕩110111第三章 交直交電流型晶閘管變頻調(diào)速系統(tǒng)橡皮CTR-UEND 電流型逆變器是在電壓型逆變器之后發(fā)展起來(lái)的，它的電路簡(jiǎn)單，而且可以向電網(wǎng)回饋能量（如果用電壓型就必須附加電路才可用于再生制動(dòng)），可用于四象限運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速，可使用普通SCR成本低。 本章以串聯(lián)二極管式電流型逆變器為例，介紹電流型逆變器的工作原理、換流過(guò)程。112第一節(jié) 串聯(lián)二極管式電流逆變器系統(tǒng)橡皮CTR-UENDV

27、T：主晶閘管C：換流電容VD：隔離二極管防止C經(jīng)由負(fù)載放電Ld：平波電抗器（大）113一、ASCI逆變器輸出電流波形（自動(dòng)、順序、換流、逆變）橡皮CTR-UEND將VT視為理想開(kāi)關(guān)114一、ASCI逆變器輸出電流波形橡皮CTR-UEND115二、異步電動(dòng)機(jī)由電流型逆變器供電時(shí)的電壓波形橡皮CTR-UEND116三、電流型逆變器換流橡皮CTR-UEND1.換流前VT1穩(wěn)定導(dǎo)通，C1電壓為Ucoaocb1172、恒流充電，VT3導(dǎo)通C1上電壓反向加到VT1上，使VT1關(guān)斷，C 被反向恒流充電,當(dāng) C1上電壓變?yōu)榱銜r(shí)，VT1反壓結(jié)束，反壓時(shí)間t0橡皮CTR-UENDoc118當(dāng)C上電壓被反向恒流充電

28、到uba時(shí)，VD3上電壓為零，VD3導(dǎo)通，恒流充電結(jié)束，時(shí)間為t1橡皮CTR-UENDoc1193、二極管換流，流過(guò)VD1的電流向VD3中轉(zhuǎn)移，在a相和b相中引起尖峰電壓，在ia0時(shí)，換流結(jié)束。換流時(shí)間為t2橡皮CTR-UENDoc1204、換流結(jié)束達(dá)到新的穩(wěn)定，C上電壓被充電至最大。橡皮CTR-UEND121從VT1-VT3換流過(guò)程中二極管換流階段管子承受的電壓最高。橡皮CTR-UEND122換流時(shí)間計(jì)算橡皮CTR-UEND123說(shuō)明：1、負(fù)載連接方式，星接負(fù)載和角接負(fù)載電路諧振角頻率不同。2、電容器三個(gè)電容極性分別為Uco、Uco、0橡皮CTR-UEND1243、負(fù)載功率因數(shù)由負(fù)載的運(yùn)行狀

29、態(tài)決定：觸發(fā)電路的控制信號(hào)決定了電路波形；電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)決定了電壓與電流的相對(duì)位置。1 90 理想空載1 90 制動(dòng)狀態(tài)4、開(kāi)關(guān)元件承受最高電壓是在二極管換流期間。5、在電機(jī)起動(dòng)時(shí)反壓時(shí)間t0最小（t0tq）6、電機(jī)空載時(shí)充電時(shí)間最長(zhǎng)（t cmax）橡皮CTR-UEND125第二節(jié) 器件的選擇1、換流電容 P492、開(kāi)關(guān)器件 （額定電流、額定電壓）3、隔離二極管 （額定電流、額定電壓）4、濾波電抗器 （電流脈動(dòng)）126第三節(jié) 應(yīng)用中問(wèn)題1、吸收電路2、換流電容預(yù)充電3、輸出補(bǔ)償電抗器127一、電流型逆變器的特點(diǎn)1、適合低漏感電機(jī)。由于逆變器與負(fù)載相互影響較大，負(fù)載的大漏感將延長(zhǎng)換流時(shí)間，使系統(tǒng)

30、不穩(wěn)定。2、輕載時(shí)逆變器最高頻率受限制。輕載時(shí)電流小，換流延長(zhǎng)如果超過(guò)1/6周期，引起換流失敗。3、允許瞬間短路和晶閘管誤觸發(fā)。可靠性比電壓型逆變器要高。4、適合在較低頻率下使用。因?yàn)殡姍C(jī)電流是120方波電流，所以電磁轉(zhuǎn)矩受高次諧波影響產(chǎn)生脈動(dòng)。5、穩(wěn)定性不如電壓型，不能開(kāi)環(huán)運(yùn)行。橡皮CTR-UEND第四節(jié) 電流型逆變器的特點(diǎn)及應(yīng)用1286、可以采用普通晶閘管作開(kāi)關(guān)器件，但由于尖峰電壓存在要求器件的額定電壓較高。7、不適合多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，由于電機(jī)功率因數(shù)不同，會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。電壓型則不會(huì)出現(xiàn)這種問(wèn)題。8、具有四象限運(yùn)行能量，如圖：圖3-14橡皮CTR-UEND129電壓型和電流型變頻器的特點(diǎn) 中間電

31、路比較內(nèi)容電流型電壓型直流回路濾波環(huán)節(jié)電抗器電容器輸出電壓波形（三相六拍）當(dāng)負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)時(shí)近似為正弦波矩形輸出電流波形（三相六拍）矩形當(dāng)負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)時(shí)近似為正弦波。輸出阻抗大小再生制動(dòng)易于再生制動(dòng)，不需主回路附加設(shè)備。再生制動(dòng)困難，需要在電源側(cè)設(shè)置反并聯(lián)有源逆變器過(guò)流及短路保護(hù)容易困難動(dòng)態(tài)特性較慢與電流型相比較快對(duì)晶閘管要求耐壓高，對(duì)關(guān)斷時(shí)間無(wú)嚴(yán)格要求耐壓一般較低，關(guān)斷時(shí)間要求短線(xiàn)路結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單較復(fù)雜適用范圍單機(jī)、多機(jī)拖動(dòng)多機(jī)拖動(dòng)，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源或不停電電源。130電流型逆變器四象限工作狀態(tài)電動(dòng)機(jī)在第二象限運(yùn)行時(shí)整流器逆變；逆變器整流。電動(dòng)機(jī)在第一象限運(yùn)行時(shí)整流器整流；逆變器逆變電動(dòng)機(jī)逆變

32、器整流器電動(dòng)機(jī)在第三象限運(yùn)行時(shí)整流器整流；逆變器逆變電動(dòng)機(jī)在第四象限運(yùn)行時(shí)整流器逆變；逆變器整流131電壓型變頻器四象限運(yùn)行接線(xiàn)電壓極性不變大電容因?yàn)橹绷鱾?cè)的大電容，電壓極性不能突變，異步電動(dòng)機(jī)的再生反饋能量將經(jīng)與晶閘管反并聯(lián)的反饋二極管向電容器C充電而不能反饋給電網(wǎng)。必須增加一組與整流器反并聯(lián)的三相橋式有源逆變器才能實(shí)現(xiàn)再生能量的反饋。教材P55圖3-15132二、電流型逆變器應(yīng)用場(chǎng)合1、用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速，特別是需要改變流量的風(fēng)機(jī)、水泵系統(tǒng)。1332、用于大功率電機(jī)起動(dòng)，減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保護(hù)用電設(shè)備。3、由于電流型逆變器具有四象限運(yùn)行能力，因此可用于要求快速制動(dòng)的場(chǎng)合。134135第五章

33、 PWM逆變器橡皮CTR-UEND電壓型和電流型逆變器各有其優(yōu)點(diǎn)也有其局限性。 目前PWM控制方式已成為交流變頻調(diào)速?gòu)V泛應(yīng)用的技術(shù)，不論是采用晶閘管交流調(diào)速的較大容量系統(tǒng)，還是直流伺服系統(tǒng)，都越來(lái)越多地采用PWM工作方式。所謂脈寬調(diào)制PWM（PulseWidthModulation）技術(shù)是指利用全控型電力電子器件的導(dǎo)通和關(guān)斷把直流電壓變成一定形狀的電壓脈沖序列實(shí)現(xiàn)變壓、變頻控制，并且消除諧波的技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)PWM。136橡皮CTR-UENDPWM 控制是交流調(diào)速系統(tǒng)的控制核心，任何控制算法的最終實(shí)現(xiàn)幾乎都是以各種PWM控制方式完成的。目前實(shí)際工程中主要采用的PWM技術(shù)是正弦SPWM，其方案歸納為電

34、壓型正弦PWM；電流正弦PWM；磁通正弦PWM（也稱(chēng)電壓空間矢量正弦，是從電機(jī)角度出發(fā)的SPWM） 137橡皮CTR-UENDPWM調(diào)制信號(hào)生成方法載波調(diào)制法（采用模擬電路的硬件調(diào)制 ）軟件生成法 （自然采樣法 、規(guī)則采樣法，利用軟件計(jì)算開(kāi)關(guān)角）諧波消去法 （輸出電壓波形按傅氏級(jí)數(shù)展開(kāi) ，令諧波表達(dá)式為零）馬鞍形波與三角波比較法 （注入3倍頻于正弦波信號(hào)的諧波 ，合成后線(xiàn)電壓無(wú)三次諧波）滯環(huán)比較法 （使實(shí)際電流跟蹤給定電流的變化）磁場(chǎng)軌跡法 （以逼近電機(jī)氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軌跡為目的 ）138橡皮CTR-UENDPWM如何反映電壓的變化方法：采用三角波調(diào)制方法。利用三角波電壓和給定電壓相比較

35、來(lái)確定脈沖寬度。如電壓比較器：uruc 時(shí) 輸出高電平ur1橡皮CTR-UEND166 2、規(guī)則采樣法 在正峰值處采樣并保持，脈沖對(duì)稱(chēng)于波谷（用綠線(xiàn)與Vc的交點(diǎn)代替紅線(xiàn)與Vc的交點(diǎn)）。橡皮CTR-UEND167規(guī)則采樣法 開(kāi)關(guān)角計(jì)算橡皮CTR-UENDt1=t3Tt=t1+t2+t3168規(guī)則采樣法 開(kāi)關(guān)角計(jì)算橡皮CTR-UEND因?yàn)椴蓸宇l率Tt是固定的，所以a1、a2可求。169 二、諧波消除法 適當(dāng)?shù)陌才砰_(kāi)關(guān)角（令諧波表達(dá)式0）消除諧波求解開(kāi)關(guān)角的方程組表達(dá)式：橡皮CTR-UEND基波：諧波：170要消除5次諧波：解下列方程橡皮CTR-UEND基波：5次諧波：要消除K個(gè)諧波，要列K+1個(gè)方

36、程171三、電流跟蹤法 采用滯環(huán)比較的電流自動(dòng)跟蹤PWM技術(shù)。用給定基準(zhǔn)正弦電流與實(shí)際反饋瞬時(shí)電流比較，產(chǎn)生控制輸出電壓的PWM波形，通過(guò)改變電壓來(lái)控制電流。橡皮CTR-UEND172三、電流跟蹤法橡皮CTR-UEND173 橡皮CTR-UEND四、磁場(chǎng)軌跡法174橡皮CTR-UEND175 橡皮CTR-UEND176177第六章 交交變頻器橡皮CTR-UEND交交變頻器是指中間無(wú)直流環(huán)節(jié)，直接將較高固定頻率電壓轉(zhuǎn)換成較低頻率、輸出電壓可變的循環(huán)變流器。交交變頻器的特點(diǎn)：1、效率較高（因?yàn)槭侵苯幼儞Q）；2、輸出電壓fo比輸入電壓fi小的越多波形越好（因?yàn)檩敵鲭妷菏禽斎腚妷旱陌j(luò)線(xiàn)構(gòu)成的）；3、

37、按電網(wǎng)電壓過(guò)零自然換相，所以可使用普通晶閘管；4、開(kāi)關(guān)元件多；5、適合大容量低速傳遞。178第一節(jié) 交交變頻器的工作原理橡皮CTR-UEND一個(gè)三相輸入、單相輸出的交交變頻器，由二個(gè)三相零式整流器為負(fù)載供電。整流器P組提供正電流ip；N組提供負(fù)電流iN。人為控制P、N組工作，負(fù)載可得到交變電流，改變P、N組的切換頻率，可以改變負(fù)載電流的交變頻率。179電壓控制：如果每只管子的導(dǎo)通角一定輸出電壓平均值為方波。橡皮CTR-UEND 常數(shù)設(shè) 0時(shí)輸出電壓平均值為Udi 則輸出電壓平均值一般表達(dá)式UdUdicos Ud如果希望輸出按正弦變化，導(dǎo)通角a在不同時(shí)刻取不同值。180輸出電壓的平均值按正弦規(guī)律

38、變化；而瞬時(shí)值則由電網(wǎng)電壓的“片段”組成。橡皮CTR-UEND輸出電壓平均值 0 90181橡皮CTR-UEND一、正弦交交變頻器工作原理下圖是由兩個(gè)三相橋式整流器構(gòu)成三相單相交交變頻器182以正組為例，在交交變頻器工作時(shí)，循環(huán)觸發(fā)晶閘管VT1-6觸發(fā)電路控制角連續(xù)變化，則輸出電壓平均值可按正弦規(guī)律變化。正組工作180，在正組工作時(shí)，反組處于截止?fàn)顟B(tài)；反組工作時(shí)正組處于截止?fàn)顟B(tài)，兩組交替切換稱(chēng)為：換組。（原則上一組整流器在正負(fù)半周都可以工作，但實(shí)際上穩(wěn)態(tài)工作時(shí)每組整流器分別工作180，換組指令由電流掌握。因此用到兩組整流器。）橡皮CTR-UEND183圖6-2橡皮CTR-UEND輸出f0f1/

39、6AABDBu0184顯然交交變頻器要完成變頻過(guò)程必須有兩種換流形式：組內(nèi)元件的換相過(guò)程和組間的換組過(guò)程。前者是電網(wǎng)換相，后者根據(jù)電流信號(hào)過(guò)零進(jìn)行。橡皮CTR-UEND如果將時(shí)間坐標(biāo)定在u0U0m處， 目標(biāo)函數(shù)是u0U0mCOSot，在觸發(fā)時(shí)刻目標(biāo)函數(shù)輸出電壓平均值。即：185橡皮CTR-UENDUdiCOS p U0mCOS otp arc COS（kCOS ot）控制角的余弦值在觸發(fā)時(shí)刻與余弦電壓u0在這一時(shí)刻的瞬時(shí)值成正比。改變 o（組切換頻率）可改變輸出頻率；改變k（ 調(diào)節(jié)深度不到0）可控制電壓幅值。保證U/f=c186分析交交變頻器帶異步電動(dòng)機(jī)時(shí)的P、N組的工作狀態(tài)：P123橡皮CT

40、R-UEND187主電路1、三脈波對(duì)稱(chēng)聯(lián)接2、六脈波橋式聯(lián)接3、十二脈波橋式聯(lián)接4、開(kāi)口三角形聯(lián)接5、環(huán)形聯(lián)接188二、余弦交截法 P131橡皮CTR-UEND為了獲得電網(wǎng)電壓的包絡(luò)線(xiàn)，使輸出電壓按正弦規(guī)律變化，通常采用余弦交截法。余弦交截法用一系列余弦同步波和給定電壓的交點(diǎn)決定變流器中相應(yīng)晶閘管的控制角。余弦交截法的同步電壓波取自交流輸入電壓，并與其同步。相位關(guān)系為同步電壓波的峰值對(duì)應(yīng)自然換相點(diǎn)。（見(jiàn)圖6-12）189在交點(diǎn)處： UTCOS URCOS ot對(duì)一個(gè)確定的、整流器輸出電壓平均值Ud UdiCOS 整理后有Ud與基準(zhǔn)電壓uR為正比關(guān)系，此時(shí)的變流器相當(dāng)于一個(gè)線(xiàn)性放大器。橡皮CTR

41、-UEND190例 Fig 6-13 6脈波單相輸出波形橡皮CTR-UEND無(wú)環(huán)流運(yùn)行方式存在死區(qū)使電壓電流波形變壞191橡皮CTR-UEND有環(huán)流運(yùn)行方式需要有限制環(huán)流電抗器192193第七章 異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)學(xué) 模型及矢量控制第一節(jié) A、B、C 坐標(biāo)系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài) 數(shù)學(xué)模型第二節(jié) 空間矢量的概念第三節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的空間矢量方程式第四節(jié) 空間矢量分解為x, y分量第五節(jié) 坐標(biāo)變換及坐標(biāo)變換電路第六節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制第七節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)舉例194第一節(jié) A、B、C 坐標(biāo)系統(tǒng)異步電 動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型三相異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括: 一、磁鏈方程式 二、電壓方程式 三、轉(zhuǎn)

42、矩方程式 195一、磁鏈方程式1.假定條件 無(wú)論籠型轉(zhuǎn)子或繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子，都被等效成三相繞 線(xiàn)轉(zhuǎn)子； 三相定子繞組A,B,C及三相轉(zhuǎn)子繞組a, b, c在 空間對(duì)稱(chēng)分布，各相電流產(chǎn)生的磁勢(shì)在氣隙中 呈正弦分布； 不計(jì)磁路飽和及鐵心損耗的影響； 不計(jì)溫度和頻率變化對(duì)電機(jī)參數(shù)的影響。196磁鏈方程式圖7-1 A,B,C坐標(biāo)系統(tǒng) 正方向197磁鏈方程式2.兩線(xiàn)圈的主磁鏈磁鏈將三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際定、轉(zhuǎn)子一相繞組等效為整距、集中線(xiàn)圈1和 2，等效的線(xiàn)圈與實(shí)際線(xiàn)圈產(chǎn)生的基波磁勢(shì)相等。等效線(xiàn)圈有效匝數(shù)：式中 W1 ,W2定、轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)； kw1 , kw2 定、轉(zhuǎn)子繞組的基波繞組系數(shù)； p 電動(dòng)機(jī)的極對(duì)

43、數(shù)。198磁鏈方程式1軸2軸圖7-2 兩線(xiàn)圈的磁鏈假定兩線(xiàn)圈軸線(xiàn)重合：在線(xiàn)圈2中通入電流 （圖7-2） 199磁鏈方程式線(xiàn)圈2產(chǎn)生的基波磁勢(shì)幅值為 氣隙磁密為正弦波，幅值為線(xiàn)圈2每極平均磁通為 式中 氣隙磁導(dǎo)。設(shè) 為鐵心長(zhǎng)度，r 為氣隙平均半徑， 為空氣磁導(dǎo)率，極距為磁通 與線(xiàn)圈1交鏈的磁鏈為式中 為1.2兩線(xiàn)圈軸線(xiàn)重合時(shí)的主互感：200磁鏈方程式同理，當(dāng)兩線(xiàn)圈軸線(xiàn)重合時(shí)，線(xiàn)圈1中通電流 在線(xiàn)圈2中產(chǎn)生的磁鏈為 由于磁路對(duì)稱(chēng)，不計(jì)磁路飽和時(shí) 常數(shù)。201磁鏈方程式 兩線(xiàn)圈軸線(xiàn)夾角為任意值：1軸2軸1軸2軸圖（7-3）磁勢(shì)的分解及主磁鏈202磁鏈方程式兩線(xiàn)圈軸線(xiàn)夾角為任意值： 或 即主互感為兩線(xiàn)

44、圈軸線(xiàn)夾角 的函數(shù)，它等于兩線(xiàn)圈軸線(xiàn)重合時(shí)的主互感 乘以?xún)奢S線(xiàn)夾角 （電角度）的余弦。上述關(guān)系雖然是以定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)線(xiàn)圈為例得出的，但對(duì)異步電動(dòng)機(jī)定子A,B,C和轉(zhuǎn)子a, b, c共六個(gè)等效的整距集中線(xiàn)圈中的任何兩個(gè)線(xiàn)圈都適用，取 為該兩線(xiàn)圈軸線(xiàn)的夾角即可。203磁鏈方程式3.漏磁鏈 式中 為漏磁路的磁導(dǎo)， 為線(xiàn)圈的漏感。204磁鏈方程式定子三相繞組的磁鏈A相總磁鏈 的組成： 漏磁鏈 定子三相電流產(chǎn)生的主磁鏈 轉(zhuǎn)子三相電流產(chǎn)生的主磁鏈轉(zhuǎn)子三相繞組的磁鏈a相總磁鏈 的組成： 漏磁鏈 轉(zhuǎn)子三相電流產(chǎn)生的主磁鏈 定子三相電流產(chǎn)生的主磁鏈4.總磁鏈205定子磁鏈方程式206轉(zhuǎn)子磁鏈方程式同理：207磁

45、鏈方程式定子繞組轉(zhuǎn)子繞組漏感主電感主互感5.三相異步電動(dòng)機(jī)磁鏈的矩陣方程式 把和中的六個(gè)磁鏈方程式合起來(lái)寫(xiě)成矩陣形式 如下：208磁鏈方程式=轉(zhuǎn)置定、轉(zhuǎn)子的主電感子矩陣是常數(shù)陣，定、轉(zhuǎn)子的主互感子矩陣是時(shí)變陣。209二、電壓方程式三相定子繞組電壓方程式：三相轉(zhuǎn)子繞組電壓方程式：將以上二式寫(xiě)成矩陣形式，用微分算子 代替微分運(yùn)算符號(hào)則有定子繞組電阻轉(zhuǎn)子繞組電阻=+ P210電壓方程式把（7-16）代入式（7-20）再求導(dǎo)得：式中電感矩陣；電角速度；繞組電阻壓降矩陣；變壓器電勢(shì)矩陣；由電流變化引起由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)（旋轉(zhuǎn)）電勢(shì)矩陣。211三、轉(zhuǎn)矩方程式圖7-4 定轉(zhuǎn)子電路212轉(zhuǎn)矩方程式1.電磁轉(zhuǎn)

46、矩公式 能量平衡方程式輸出的有效機(jī)械能量與機(jī)械損耗的能量之和t 時(shí)間內(nèi)輸入到各繞組的凈能量t時(shí)間內(nèi)磁場(chǎng)能量的增量微分形式：機(jī)械能增量電磁轉(zhuǎn)矩極對(duì)數(shù)電角度電能增量定子漏感與主電感之和轉(zhuǎn)子漏感與主電感之和定,轉(zhuǎn)子繞組之間的互感213轉(zhuǎn)矩方程式磁能增量轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)機(jī)械能增量為0磁能增量為將上式積分得思考上式是在轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)導(dǎo)出的，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)仍然成立P147 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，則磁場(chǎng)儲(chǔ)能因電流及角位移發(fā)生變化而變化。磁場(chǎng)儲(chǔ)能增量為214轉(zhuǎn)矩方程式矩陣形式： 如果定子有m個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子有n個(gè)繞組。并將定、轉(zhuǎn)子電流記為相應(yīng)的電感也擴(kuò)展為電感陣 及 。電磁轉(zhuǎn)矩公式把代入得：215轉(zhuǎn)矩方程式可以證明電磁轉(zhuǎn)矩為： 繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子三

47、相異步電動(dòng)機(jī)，m=n=3,則216轉(zhuǎn)矩方程式2. 轉(zhuǎn)矩方程式式中 機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)； 扭轉(zhuǎn)彈性常數(shù)； 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械角度。217A、B、C 坐標(biāo)系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型A、B、C 坐標(biāo)系中異步電動(dòng)機(jī)的基本方程式218219第二節(jié) 空間矢量的概念一、空間矢量的定義二、極坐標(biāo)變換三、 空間矢量的逆變換 220問(wèn)題：用上一節(jié)的模型分析電機(jī)困難，有沒(méi)有直觀的分析方法？回憶電機(jī)知識(shí)：轉(zhuǎn)矩與定子合成磁勢(shì)、轉(zhuǎn)子合成磁勢(shì)的乘積成正比。（合成磁勢(shì)如何求?。?221一、空間矢量(+1)ABCj圖7-5空間復(fù)平面及單位矢量定子A相繞組軸線(xiàn)這三個(gè)軸上的單位矢量滿(mǎn)足：222空間矢量空間矢量的

48、定義： 對(duì)于三相系統(tǒng)而言，取三相繞組的軸線(xiàn)（互差 電角度），把軸線(xiàn)上三個(gè)時(shí)間變量 看成是三個(gè)矢量的模，然后把三個(gè)矢量相加并取合成矢量的k倍，所得合成矢量即為空間矢量。 取定子A軸為參考軸，三相時(shí)間變量的空間矢量為定子電流空間矢量舉例解求異步電動(dòng)機(jī)定子磁勢(shì)的空間矢量 。取定子A軸為參考軸，定子磁勢(shì)的空間矢量為223幅值為 的 倍，空間相位與 相同空間矢量的合成BCj(+1)A圖7-6 空間矢量 及224空間矢量的合成設(shè)定子電流為三相穩(wěn)態(tài)平衡正弦電流將上式代入 得（7-38）225空間矢量上式說(shuō)明： 三相電流為穩(wěn)態(tài)平衡正弦電流時(shí)定子磁勢(shì)空間矢量 的幅值是常數(shù)，其值為單相磁勢(shì)幅值的 倍， 該空間矢量

49、對(duì)定子A軸的空間相角為 ，對(duì) A軸的角速度為 ， 因穩(wěn)態(tài)下 都是常數(shù)，故空間矢量 端點(diǎn)的 軌跡是一個(gè)圓， 是圓旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。思考 按空間矢量的定義寫(xiě)出定、轉(zhuǎn)子磁鏈和電壓的空間矢量226二、極坐標(biāo)變換可任意選取A為參考軸a為參考軸角矩227異步電動(dòng)機(jī)極坐標(biāo)變換先取定子A軸為參考，列出定子空間矢量方程式；取轉(zhuǎn)子a軸為參考列出轉(zhuǎn)子空間矢量方程式；把得到的方程式利用極坐標(biāo)變換公式變換到以任意軸x為參考軸的坐標(biāo)系統(tǒng)中，得到一般化空間矢量方程式。 一般化的異步電動(dòng)機(jī)空間矢量基本方程式和等值電路的求法如下：228三、空間矢量的逆變換對(duì)于三相定子而言，以定子A軸為參考的空間矢量為：若以引前定子A軸 電角度的x軸為

50、參考： 定義： 根據(jù)空間矢量方程式求得的解是復(fù)變量，還需要進(jìn)行相反的變換，即把空間矢量變換為實(shí)際的變量。這種變換稱(chēng)為空間矢量的反變換。229空間矢量的逆變換定義 的共軛值：定義一個(gè)“零軸分量”：將以上三式寫(xiě)成矩陣形式：（特例：A、X成90度）空間矢量的正變換矩陣 空間矢量的逆變換分析230空間矢量的逆變換空間矢量的反變換矩陣為（7-50）231空間矢量的逆變換因而取 則可證明有 共軛轉(zhuǎn)置矩陣稱(chēng)為功率不變約束 對(duì)于三相轉(zhuǎn)子，空間矢量變換矩陣與用定子求出的變換矩陣 具有相同的形式，只是把矩陣中含有指數(shù)函數(shù)各元素中的 應(yīng)換成 。232第三節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的空間矢量 方程式一、磁勢(shì)空間矢量方程式二、磁鏈

51、的空間矢量方程式三、磁鏈空間矢量的等值電路與矢量圖四、電壓空間矢量方程式五、用空間矢量表達(dá)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式六、用空間矢量表示的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型233一、磁勢(shì)空間矢量方程式參考軸定子磁勢(shì)空間矢量轉(zhuǎn)子磁勢(shì)空間矢量A/ax定、轉(zhuǎn)子合成磁勢(shì)的空間矢量為：定、轉(zhuǎn)子合成的氣隙主磁通空間矢量234磁勢(shì)空間矢量方程式 把氣隙合成磁勢(shì)看作只有定子繞組的矢量電流 或只由轉(zhuǎn)子繞組的矢量電流 產(chǎn)生，即電流平衡方程式折算后的轉(zhuǎn)子電流或235二、磁鏈的空間矢量方程式 定子磁鏈空間矢量方程式上式中漏感定子繞組間電感定、轉(zhuǎn)子繞組間電感236磁鏈的空間矢量方程式上式的另一種形式定子漏磁鏈定、轉(zhuǎn)子合成磁場(chǎng)產(chǎn)生的定子主磁鏈其

52、中變換成以x軸為參考，將上式乘以237磁鏈的空間矢量方程式 轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量方程式上式中238磁鏈的空間矢量方程式變換成以x軸為參考，將上式乘以轉(zhuǎn)子漏磁鏈定、轉(zhuǎn)子合成磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子主磁鏈239三、磁鏈空間矢量的等值電路 與矢量圖等值電路的折算方法：240磁鏈空間矢量的等值電路與矢量圖將式（7-71）兩邊同乘以 ，記則得：241 磁鏈的等效電路242四、電壓空間矢量方程式 定子電壓空間矢量方程式把定子A、B、C 坐標(biāo)系的電壓方程式代入上式，得：243定子電壓空間矢量方程式變換成以x軸為參考，將上式乘以角速度用電感與電流的乘積形式表示：244轉(zhuǎn)子電壓空間矢量方程式 轉(zhuǎn)子電壓空間矢量方程式變換成以任

53、意軸x為參考，將上式乘以將上式乘以變比 折算到定子：245轉(zhuǎn)子電壓空間矢量方程式上式中轉(zhuǎn)子電角速度當(dāng)?。簒軸為轉(zhuǎn)子a軸時(shí) x軸為定子A軸時(shí) x軸為同步旋轉(zhuǎn)軸時(shí)246電壓形式等效電路 等值電路圖7-9 等效電路247五、用空間矢量表達(dá)的異步電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式電流瞬時(shí)值表達(dá)的轉(zhuǎn)矩公式：248用空間矢量表達(dá)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式取 則轉(zhuǎn)矩公式變?yōu)椋?式中249轉(zhuǎn)矩公式的幾種表現(xiàn)形式舉例： 用空間矢量表達(dá)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式250用空間矢量表達(dá)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式 由 得： 251五、用空間矢量表達(dá)的異步電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式 用主磁通和轉(zhuǎn)子電流表示 以上各式的共同點(diǎn)： 兩個(gè)矢量之積取其虛部，這是一個(gè)標(biāo)量，其值

54、為兩個(gè)矢量的模與它們之間夾角的正弦三者的乘積。舉例 對(duì)上式取 為參考軸，因 引前 空間電角度，故252五、用空間矢量表達(dá)的異步電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩公式兩磁場(chǎng)軸線(xiàn)夾角253六、用空間矢量表示的異步電 動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型基本形式如下：（以任意x軸為參考）254255第四節(jié) 空間矢量分解為x, y分量一、空間矢量分解為兩個(gè)互相垂直的分量二、空間矢量分解為x, y分量的意義三、用x, y分量表示的異步電動(dòng)機(jī)的基本方程式四、x軸的選擇256一、空間矢量分解為兩個(gè)互相 垂直的分量圖7-10 空間矢量分解為x, y分量空間矢量：幅值：引前參考軸x的空間電角度：257圖7-11 空間矢量分解為x, y分量的意義幅值解耦旋轉(zhuǎn)

55、258三、用x, y分量表示的異步電動(dòng) 機(jī)的基本方程式 對(duì)于定、轉(zhuǎn)子電流： 對(duì)于定、轉(zhuǎn)子磁鏈：259用x, y分量表示的異步電動(dòng)機(jī)的基本方程式 對(duì)于定、轉(zhuǎn)子電壓：260用x, y分量表示的異步電動(dòng)機(jī)的基本方程式式中矩陣形式如下：261用x, y分量表示的異步電動(dòng)機(jī)的基本方程式 對(duì)于定、轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩：262用x, y分量表示的異步電動(dòng)機(jī)的基本方程式轉(zhuǎn)矩公式的另幾種形式可寫(xiě)為： 263四、x軸的選擇 取x軸為定子A軸 （ - 軸系） x軸稱(chēng)為 軸，y軸稱(chēng)為 軸，此時(shí) 異步電動(dòng)機(jī) ， 坐標(biāo)系的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型如下： 磁鏈方程式264-軸系 電壓方程式 轉(zhuǎn)矩公式 轉(zhuǎn)矩方程式265x軸的選擇 取x軸為轉(zhuǎn)子a

56、軸（d-q軸系）（旋轉(zhuǎn)軸系） x軸稱(chēng)為d軸，y軸稱(chēng)為q軸，此時(shí) 異步電動(dòng)機(jī)d ,q坐標(biāo)系的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型如下： 磁鏈方程式266d-q軸系 電壓方程式 轉(zhuǎn)矩公式 轉(zhuǎn)矩方程式267四、x軸的選擇 取x軸為同步旋轉(zhuǎn)軸（M-T軸系） 現(xiàn)取x軸的方向?yàn)檗D(zhuǎn)子總磁鏈空間矢量 的方向，并把此時(shí)的x軸稱(chēng)為M軸，y軸稱(chēng)為T(mén)軸；則有： 此時(shí) 即在復(fù)平面上參考軸x與空間矢量 同步旋轉(zhuǎn)。268M-T軸系 異步電動(dòng)機(jī)M ,T同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型如下： 磁鏈方程式269M-T軸系矩陣形式為 電壓方程式 設(shè)轉(zhuǎn)子繞組短路 ，而 故可得轉(zhuǎn)子電壓方程：270M-T軸系 轉(zhuǎn)矩公式 轉(zhuǎn)矩方程式定子電流的轉(zhuǎn)矩分量此外有： 轉(zhuǎn)子回

57、路的時(shí)間常數(shù) 上式說(shuō)明，轉(zhuǎn)子總磁鏈 受 控制，并有一階滯后關(guān)系。定子電流的勵(lì)磁分量271M-T軸系M ,T同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)： 由于參考軸與空間矢量同步旋轉(zhuǎn)，故M ,T坐標(biāo)系中各變量都是直流量； 在電壓方程式中轉(zhuǎn)子阻抗矩陣有三個(gè)零元素，使各變量的耦合關(guān)系得到了簡(jiǎn)化； 在轉(zhuǎn)矩公式中， 是定子電流空間矢量 在T軸上的分量，它與矢量 正交，故通過(guò) 和 可以分別獨(dú)立地控制電磁轉(zhuǎn)矩。 M軸位置不同，形成了不同的定向策略272第五節(jié) 坐標(biāo)變換及坐標(biāo)變換電路一、3相/2相坐標(biāo)變換的一般公式二、常用的幾種坐標(biāo)變換公式273一、3相/2相坐標(biāo)變換的一般公式坐標(biāo)變換的定義： 用一組新變量（如電壓、電流等）代替基本方程式中的實(shí)際變量，這種變量變換稱(chēng)為坐標(biāo)變換。新變量與實(shí)際變量之間通過(guò)變換矩陣聯(lián)系在一起。 正變換 求出變換矩陣后，再根據(jù)實(shí)際變量求出新變量。 相應(yīng)的變換矩陣 為正變矩陣。 逆變換 由新變量求出實(shí)際變量。 相應(yīng)的變換矩陣 為逆變矩陣。 2743/2變換恒功率變換A,B,C坐標(biāo)系的變量 與x, y坐標(biāo)系變量 之間的變換矩陣的推導(dǎo)過(guò)程。圖7-12 空間矢量 及其分量 ， 在A軸上的投影275 由式（7-50）及式（7-51）可得：互為共軛3/2變換276 故 代入 可得： 同理：3/2變換277上三式矩陣