1、第3章 異步電機(jī)變頻調(diào)速控制方式主講人：馮曉云 教授Email: 西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院列車控制與牽引傳動(dòng)研究室第3章 異步電機(jī)變頻調(diào)速控制方式主講人：馮曉云 教授本章主要內(nèi)容頻率調(diào)節(jié)時(shí)異步電機(jī)的等值電路恒磁通控制恒電壓頻率比控制恒轉(zhuǎn)子全磁通控制恒功率控制列車牽引中變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性諧波分析 2本章主要內(nèi)容頻率調(diào)節(jié)時(shí)異步電機(jī)的等值電路2回顧：交流異步電機(jī)矩速特性 Tm T Tst fs(s=0) fs(Hz)3回顧：交流異步電機(jī)矩速特性 Tm T Tst回顧：交流異步電機(jī)矩速特性4回顧：交流異步電機(jī)矩速特性4回顧：異步電機(jī)等值電路5回顧：異步電機(jī)等值電路53.1 變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)的等值

2、電路63.1 變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)的等值電路6變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)參數(shù)的變化7變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)參數(shù)的變化7轉(zhuǎn)矩公式電磁功率：電磁轉(zhuǎn)矩：8轉(zhuǎn)矩公式電磁功率：電磁轉(zhuǎn)矩：8同步角速度轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子功率因數(shù)99變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式10變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式103.2 恒磁通控制113.2 恒磁通控制11結(jié)論：當(dāng) T3.2 恒磁通控制12結(jié)論：當(dāng) T3.2 恒磁通控制123.3 恒壓頻比控制133.3 恒壓頻比控制13結(jié)論：3.3 恒壓頻比控制14結(jié)論：3.3 恒壓頻比控制14恒壓頻比時(shí)最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系曲線3.3 恒壓頻比控制15恒壓頻比時(shí)最大轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與頻率的關(guān)系曲線3.3

3、 恒壓頻比低頻時(shí)，恒電壓頻率比控制方式受定子電阻壓降的影響較大而不能保持氣隙磁通不變，其最大力矩和起動(dòng)力矩都急劇下降，限制了傳動(dòng)系統(tǒng)的帶負(fù)載能力。解決方法：在低頻范圍內(nèi)提高逆變器的輸出電壓以補(bǔ)償定子壓降下降的影響。恒壓頻比控制帶來的問題3.3 恒壓頻比控制16低頻時(shí)，恒電壓頻率比控制方式受定子電阻壓降的影響較大而不能保3.4 恒轉(zhuǎn)子全磁通a恒電壓頻率比控制 b恒磁通控制c恒轉(zhuǎn)子全磁通控制173.4 恒轉(zhuǎn)子全磁通a恒電壓頻率比控制 b恒磁通控制3.5 恒功率運(yùn)行方式引用前述轉(zhuǎn)矩公式基頻以上時(shí)，轉(zhuǎn)差率s很小， 與 相比可忽略，轉(zhuǎn)矩公式可以寫為183.5 恒功率運(yùn)行方式引用前述轉(zhuǎn)矩公式18恒功率運(yùn)行

4、方式因?yàn)楦哳l時(shí)， 所以為使電機(jī)恒功率運(yùn)行，等號(hào)的右邊說明電壓和頻率的調(diào)節(jié)方式有兩種 一） Us不變， 的調(diào)節(jié)方式19恒功率運(yùn)行方式因?yàn)楦哳l時(shí)， 所以19Us不變，s=const恒功率調(diào)節(jié)20Us不變，s=const恒功率調(diào)節(jié)20該恒功調(diào)節(jié)方式屬于恒電壓調(diào)節(jié)，為保證電動(dòng)機(jī)在全部恒功調(diào)速范圍內(nèi)能穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)工作點(diǎn)選取為在最高轉(zhuǎn)速時(shí)，保證有最低的過載能力，于是在恒功范圍的低速點(diǎn)內(nèi)，電機(jī)過載能力就出現(xiàn)了不必要的裕度。電動(dòng)機(jī)有較大的設(shè)計(jì)尺寸，但逆變器在恒壓恒流下工作，稱為最大電動(dòng)機(jī)和最小逆變器方案。恒功率運(yùn)行方式21該恒功調(diào)節(jié)方式屬于恒電壓調(diào)節(jié)，為保證電動(dòng)機(jī)在全部恒功調(diào)速范圍恒功率運(yùn)行方式二） 不變，

5、 的調(diào)節(jié)方式22恒功率運(yùn)行方式二） 不變， 的調(diào)這種恒功調(diào)節(jié)方式具有不變的過載系數(shù)，電機(jī)的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)可以選擇在恒功范圍的最低轉(zhuǎn)速時(shí)有最小允許的過載能力，這樣在高速時(shí)仍然有適度的轉(zhuǎn)矩裕量，使在整個(gè)恒功調(diào)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，并能充分地利用電機(jī)的功率，電機(jī)設(shè)計(jì)尺寸較小。由調(diào)節(jié)特性圖可知，逆變器在整個(gè)恒功范圍內(nèi)需要滿足最高電壓和最大電流的要求，因而有較大的設(shè)計(jì)容量和尺寸，該恒功運(yùn)行方式稱為最小電動(dòng)機(jī)和最大逆變器方案。恒功率運(yùn)行方式23這種恒功調(diào)節(jié)方式具有不變的過載系數(shù)，電機(jī)的設(shè)計(jì)工作點(diǎn)可以選擇3.6 列車牽引中變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性243.6 列車牽引中變頻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性24動(dòng)車組牽引特性曲線25動(dòng)車組

6、牽引特性曲線253.7 諧波分析一、異步電機(jī)中的諧波磁勢說明：這里討論僅限于整數(shù)槽三相繞組情況電機(jī)諧波磁勢可分為兩類：時(shí)間諧波磁勢空間諧波磁勢263.7 諧波分析一、異步電機(jī)中的諧波磁勢26異步電機(jī)中的諧波磁勢1.時(shí)間諧波磁勢5次諧波電流在電機(jī)的A、B、C相繞組中建立的脈動(dòng)磁勢為：27異步電機(jī)中的諧波磁勢1.時(shí)間諧波磁勢27異步電機(jī)中的諧波磁勢28異步電機(jī)中的諧波磁勢28異步電機(jī)中的諧波磁勢利用三角關(guān)系 將上三式轉(zhuǎn)化為：將三式相加，得到電機(jī)三相繞組所產(chǎn)生的合成磁勢29異步電機(jī)中的諧波磁勢利用三角關(guān)系 異步電機(jī)中的諧波磁勢對(duì)于7次諧波電流在A、B、C相繞組中產(chǎn)生的脈動(dòng)磁勢的基波分量可表示為：得到

7、三相繞組合成磁動(dòng)勢：30異步電機(jī)中的諧波磁勢對(duì)于7次諧波電流在A、B、C相繞組中產(chǎn)生 次諧波電流產(chǎn)生正向（基波轉(zhuǎn)向）的旋轉(zhuǎn)磁場，而 次諧波電流則產(chǎn)生反向的旋轉(zhuǎn)磁場。 時(shí)間諧波磁勢的轉(zhuǎn)速總是 倍于基波磁勢的同步轉(zhuǎn)速31 異步電機(jī)中的諧波磁勢2.空間諧波磁勢基波電流在A、B、C各相繞組中所產(chǎn)生的5次空間諧波磁勢可以寫成：32異步電機(jī)中的諧波磁勢2.空間諧波磁勢32異步電機(jī)中的諧波磁勢三相繞組的合成磁勢為33異步電機(jī)中的諧波磁勢三相繞組的合成磁勢為33異步電機(jī)中的諧波磁勢繞組里的諧波電流也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的空間諧波磁動(dòng)勢如5次諧波在各相繞組中產(chǎn)生的7次空間諧波磁動(dòng)勢：三相繞組的合成磁勢為：34異步電機(jī)中的諧

8、波磁勢繞組里的諧波電流也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的空間諧波磁動(dòng)諧波分析二、異步電機(jī)中的諧波電流1.諧波等值電路基波等值電路諧波等值電路諧波轉(zhuǎn)差率sk的計(jì)算及其與基波轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系35諧波分析二、異步電機(jī)中的諧波電流基波等值電路諧波等值電路諧波異步電機(jī)中的諧波電流2.諧波電流不考慮集膚效應(yīng)的等值電路忽略Rs和Rr的等值電路忽略激磁支路的近似等值電路36異步電機(jī)中的諧波電流2.諧波電流不考慮集膚效應(yīng)的等值電路忽略異步電機(jī)中的諧波電流K次諧波電流有效值：如果電機(jī)的基波電流為Is，則電機(jī)總的有效電流為：37異步電機(jī)中的諧波電流K次諧波電流有效值：37諧波分析三、諧波轉(zhuǎn)矩1.穩(wěn)定諧波轉(zhuǎn)矩由于則38諧波分析三、諧波轉(zhuǎn)矩38諧波轉(zhuǎn)矩2.振動(dòng)諧波轉(zhuǎn)矩5次諧波下，電機(jī)每相產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的瞬時(shí)值：39諧波轉(zhuǎn)矩2.振動(dòng)諧波轉(zhuǎn)矩39諧波轉(zhuǎn)矩利用三角關(guān)系將上三式化為：40諧波轉(zhuǎn)矩利用三角關(guān)系將上三式化為：40諧波轉(zhuǎn)矩三式相加得電機(jī)相應(yīng)的諧波振動(dòng)轉(zhuǎn)矩（瞬時(shí)）值7次諧波電流產(chǎn)生的諧波振動(dòng)轉(zhuǎn)矩（瞬時(shí)）值41諧波轉(zhuǎn)矩三式相加得電機(jī)相應(yīng)的諧波振動(dòng)轉(zhuǎn)矩（瞬時(shí)）值41本章小結(jié)變頻調(diào)速時(shí)異步電機(jī)的基本原理等值電路、參