第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统
第五章 基于稳态模型的异步电动机调速系统(电力拖动自动控制系统)
2.异步电动机三相原始模型的非独立性
图6-2 二极直流电动机的物理模型 F—励磁绕组 A—电枢绕组 C—补偿绕组
2.异步电动机三相原始模型的非独立性
图6-3 三相坐标系和两相坐标系物理模型
2.异步电动机三相原始模型的非独立性
图6-4 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系的物理模型
2.异步电动机三相原始模型的非独立性
2.计算转子磁链的电压模型
图6-32 磁电动机的仿真
图6-18 按转子磁链定向的异步电动机动态结构图
2.三相异步电动机的仿真
图6-19 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型
2.三相异步电动机的仿真
图6-20 矢量控制系统原理结构图
2.三相异步电动机的仿真
图6-21
简化后的等效直流调速系统
2.三相异步电动机的仿真
图6-22 电流闭环控制后的系统结构图
(2)在mt坐标系上计算转子磁链的电流模型
图6-30 在mt坐标系上计算转子磁链的电流模型
2.计算转子磁链的电压模型
1)用定子电流转矩分量i*和转子磁链ψ*计算转差频率给定信号ω*，
即 2)定子电流励磁分量给定信号i*和转子磁链给定信号ψ*之间的关 系是靠
2.计算转子磁链的电压模型
图6-31 计算转子磁链的电压模型
第五章
第一节
1.系统结构 2.起动过程 3.加载过程 第二节1.磁链方程 2.电压方程 3.转矩方程
4.运动方程
第三节1.异步电动机三相原始模型的非线性强耦合性 2.异步电动机三相原始模型的非独立性
图5-42 按恒值控 制的=f()特性
图5-43 定子电压补偿恒/ 控制的电压-频率特性
1. dq坐标系中的状态方程
第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统
TVC——双向晶闸管交流调压器 a) 不可逆电路 b) 可逆电路
图5-4 晶闸管交流调压器调速
5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性
5.1 异步电动机 稳态数学模型和 调速方法 5.2 异步电动机 调压调速 5.3 异 步 电 动 机 变压变频调速 5.4 电力电子变 压变频器 5.5 转速开环变 压变频调速系统 5.6 转 速 闭 环 转 差频率控制的变 压变频调速系统
～
～
～
～
～
调压调速主电路
+ -
Ls
5.1 异步电动机 稳态数学模型和 调速方法 5.2 异步电动机 调压调速
早期的方法有：串联饱和 电抗器降压降压调速原理
3～
a)
M
M
～
b)
3～
c)
M
缺点：需体积庞大且笨重 的设备，自电力电子技术 5.3 异 步 电 动 机 发展起来已很少采用。
变压变频调速 5.4 电力电子变 压变频器 5.5 转速开环变 VVC 压变频调速系统 5.6 转 速 闭 环 转 差频率控制的变 压变频调速系统
Te电磁转矩公式：是异步电机的机械特性方程式。表明， 当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正 比即——也是交流调压调速的理论根据。 异步电动机变压调速原理：由电力拖动原理可知，当异步 电机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩 与定子电压的平方成正比，因此，改变定子外加电压就可 以改变机械特性的函数关系，从而改变电机在一定负载转 矩下的转速。 实现调压调速的方法 过去：多用自耦变压器或带直流磁化绕组的饱和电抗器。 目前：交流调压器一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶 闸管分别串接在三相电路中，用相位控制改变输出电压
Te
运动控制系统专业选修课教学大纲
《运动控制系统》课程教学大纲Motion Control Systems适用于四年制本科电气工程及其自动化专业学分：2.5 总学时：40 理论学时：36 实验/实践学时：4 /0一、课程作用与目的本课程（运动控制系统）是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课，在学生学习过多门专业基础课的基础上开设，是对电气工程及其自动化本科阶段所学知识的总结和提高。
课程涵盖知识的内容多，范围广，难度大，实用性强，能够培养学生对知识融会贯通的能力，提高学生综合应用理论知识解决实际问题的能力。
二、课程基本要求1. 第一篇（直流调速系统）重点在于掌握以直流电动机为对象组成的运动控制系统，包括单闭环调速系统、多环调速系统、可逆调速系统和直流脉宽调速系统的基本组成和控制规律、静态、动态性能分析及工程设计方法；2. 第二篇（交流调速系统）重点在于掌握以交流电动机为对象组成的运动控制系统，包括调压调速系统、串级调速系统和变频调速系统的基本组成、工作原理和性能特点及系统设计方法；并了解国内国际自动控制领域的前沿科技。
三、教材及主要参考书1. 使用教材《电力拖动自动控制系统——运动控制系统》（第四版），机械工业出版社，阮毅.2010.2. 参考书[1]李宁.运动控制系统. 北京:高等教育出版社,2004[2]宋书中. 交流调速系统. 北京:机械工业出版社,2002[4]王成元. 现代电机控制技术. 北京:机械工业出版社,2009四、教学内容第一章绪论主要内容：运动控制系统的组成，运动控制系统的历史与发展，转矩控制规律，生产机械的负载转矩特性。
重点和难点：转矩控制规律。
第二章转速反馈控制的直流调速系统主要内容：直流调速的基本类型，直流调速系统用的可控直流电源，反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计，动态分析和设计，比例积分控制规律和无静差调速系统。
重点和难点：掌握反馈控制系统的稳态和动态分析与设计。
第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统主要内容：双闭环直流调速系统的组成，静特性，数学模型和动态性能分析，调节器1的工程设计方法，按工程设计方法设计双闭环系统调节器，按离散控制系统设计数字控制器。
第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统--13电二PPT课件
Pm
3I
'2 r
Rr'
s
机械同步角速度
m1
1
np
12
异步电动机的机械特性
异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）
Is Ir'
Us
Rs
Rr' s
2
12
LlsL'lr
2
Pm
3I
'2 r
Rr'
s
m1
1 np
Te
Pm
m1
3np
1
Ir'2
Rr' s
1Rs
3npUs2Rr' /s
Rr' s
Te1
3npUs2Rr's
sRsRr' 2s212
LlsL'lr
2
U s 可调
电磁转矩与定子电压的平方成正比
27
5.2.2 异步电动机调压调速 的机械特性
理想空载转速保持为同步转速不变
n0 n1N
临界转差率保持不变
sm
Rr'
Rs2 12(LlsL'lr)2
28
5.2.2 异步电动机调压调速 的机械特性
Rr'2
16
异步电动机的机械特性
当s很小时，忽略分母中含s各项
Te 2 11
3npUs2Rr's LlsL'lr 2s2Rs2s22sRsRr' Rr'2
Te
3n
pU
2 s
s
1Rr'
s
转矩近似与s成正比，机械特性近似为直线
17
异步电动机的机械特性
电力拖动自动控制系统随堂练习
电力拖动自动控制系统.随堂练习第一章绪论·1.1 运动控制系统组成2.静差率和机械特性的硬度有关;当理想空载转速一定时;特性越硬;则静差率 A．越小 B．越大 C．不变 D．不确定参考答案：A3.电机的调速范围D可以由以下哪一项表示 ..A． B． C． D．参考答案：C4.静差率和机械特性的硬度有关;当理想空载转速一定时;特性越硬;则静差率 A．越小 B．越大 C．不变 D．不确定参考答案：A5.控制系统能够正常运行的首要条件是A．抗扰性 B．稳定性 C．快速性 D．准确性参考答案：B6.调速系统的稳态性能指标的是指 ..A、超调量B、调速范围和静差率C、动态降落D、加减速参考答案：B第二章转速反馈控制的直流调速系统·2.3 转速反馈控制的直流调速系统1.相对开环调速系统;闭环调速系统 ..A、静特性软;调速范围大B、静特性硬;调速范围大C、静特性软;调速范围小D、静特性硬;调速范围小参考答案：B2.带有比例调节器的单闭环直流调速系统;如果转速的反馈值与给定值相等; 则调节器的输出为第3章转速、电流反馈控制的直流调速系统·3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成第3章转速、电流反馈控制的直流调速系统·3.2 转速、电流反馈控制直流调速系统的数学第五章基于稳态模型的异步电动机调速系统·5.6 转速闭环转差频率控制的变压变频调速第六章基于动态模型的异步电动机调速系统·6.4异步电动机在正交坐标系上的动态数学第六章基于动态模型的异步电动机调速系统·6.6异步电动机按转子磁链定向的矢量控制第六章基于动态模型的异步电动机调速系统·6.7异步电动机按定子磁链控制的直接转矩第六章基于动态模型的异步电动机调速系统·6.8直接转矩控制系统与矢量控制系统的比参考答案：A2.直接转矩控制系统的磁链定向;要求为A．必须知道定子磁链矢量的精确定向 B. 需要知道定子磁链矢量位置;无需精确定向C．必须知道转子磁链矢量的精确定向 D. 需要知道转子磁链矢量位置;无需精确定向参考答案：B第七章绕线转子异步电动机双馈调速系统·7.1 绕线型异步电动机双馈调速工作原理1.异步电动机由电网供电并以电动状态以拖动负载运行时;说法正确的是A从电网输入馈入电功率; 轴上输入机械功率B从电网输入馈出电功率; 轴上输出机械功率C从电网输入馈入电功率; 轴上输出机械功率D从电网输入馈出电功率; 轴上输入机械功率参考答案：C2.异步电机运行时其转子相电动势和频率分别为A;f1 B; sf1 C; sf1 D; f1参考答案：B3.在绕线转子异步电动机转子串电阻调速时;转子电流 Ir 会在外接电阻上产生一个交流电压;这一交流电压与转子电流的关系是A频率相同;相位相同 B频率相同;相位不同C频率不同;相位相同 D频率不同;相位不同参考答案：A第七章绕线转子异步电动机双馈调速系统·7.2绕线型异步电动机串级调速系统1.在异步电动机转子回路附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入的电源要满足A可变频以及不变幅B不变频以及可变幅C可变频以及可变幅D不变频以及不变幅参考答案：C2.绕线异步电机稳定运行时;必有A B C D参考答案：A3.在绕线转子异步电动机转子串电阻调速时;以下说法正确的是A减小β角可以增加电动机转速 B减小β角可以减低电动机转速 C调节β角不能实现平滑调速Dβ角的变化与电动机转速无关参考答案：B第七章绕线转子异步电动机双馈调速系统·7.3 串级调速的机械特性1.在异步电动机转子回路串电阻调速时;其理想空载转速A等于同步转速 B等于额定转速C与转差频率成正比 D与转差频率成反比参考答案：A2.在异步电动机转子回路串电阻调速时;有A 机械特性变硬、调速性能差B 机械特性变硬、调速性能好C 机械特性变软、调速性能差D 机械特性变软、调速性能好参考答案：C3.在绕线转子异步电动机转子串级调速时;有A 机械特性变硬、最大转矩不变B 机械特性变软、最大转矩不变A 转矩角B 转矩角C 转差频率vs<vsmaxD 以上都不对参考答案：A第八章同步电动机变压变频调速系统·8.2 他控变频同步电动机调速系统1.同步电机他控变频调速系统的特点不包括 ..A结构简单 B 同时多台调速 C 根本上消除失步 D价格低廉参考答案：C2.大功率同步电动机的转速系统;为了保证同步电动机顺利起动;可采用A 恒压频比控制B 调整定子电压C 调整转子电流 D调整定子电源频率参考答案：A第八章同步电动机变压变频调速系统·8.3 自控变频同步电动机调速系统1.对于无刷直流电动机系统;正确的是A 电动机是直流电动机B 系统中的直流电动机通过巧妙设计取消了电刷C 电动机的转子采用瓦型磁钢D 电动机的定子采用瓦型磁钢参考答案：C2.自控变频同步电动机之所以能从根本上杜绝失步现象;是因为根据转子位置直接控制变频装置的..A 输出电压或电流的频率B 输出电压或电流的幅值C 输出电压或电流的相位D 以上都不对参考答案：C3.自控变频同步电动机的组成不包括A 转子位置检测器BQB 速度传感器C 控制器D 逆变器UI。
基于动态模型的异步电动机调速系统设计
基于动态模型的异步电动机调速系统设计
1. 异步电动机调速系统简介：
异步电动机是目前工业领域中使用最为普遍的电机之一。
它具
有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点，因此应用广泛。
异
步电动机调速系统是将电机的转速和负载转矩进行控制，以实现电
机性能的优化。
常用的调速方法有电压调制、变频调速、脉宽调制等。
2. 动态模型简介：
异步电动机的动态模型是控制系统设计中的重要基础，它描述
了电机输入电压、输出机械转矩和电机转速之间的关系，用于分析
和优化控制方案。
异步电动机一般采用dq坐标系下的动态模型，其
中d轴代表电机转矩，q轴代表磁场转矩。
3. 异步电动机调速系统的设计过程：
步骤1：确定系统的调速要求，包括电机的负载特性、转矩、
速度等参数。
步骤2：建立异步电动机的数学模型，可以采用dq坐标系下的
动态模型或者其他常用的电机模型。
步骤3：设计控制器，常用的控制方法有PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
步骤4：进行仿真分析，验证控制系统的性能和可行性。
步骤5：进行实验验证，对设计的控制器进行调试和优化。
步骤6：对系统进行性能评价，包括响应速度、稳态误差、动态误差等指标。
4. 结论：
基于动态模型的异步电动机调速系统设计可以提高电机的控制性能，并且可以根据实际需求进行优化。
在实际应用中，需要根据具体的负载要求选择合适的控制方法和控制器，以达到最佳的调速效果。
第5章第二节 运动控制系统基于稳态模型的异步电动机变压变频调速系统
具体的实例说明 “面积等效原理”
a）
b)
u (t)－电压窄脉冲， 是电路的输入 。 i (t)－输出电流，是 电路的响应。
图6-2
如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波
u u
SPWM波
> ω tt ω
u
O O
>
O
ωt
>
u
O
ωt
>
若要改变等效输出正弦 波幅值，按同一比例改 变各脉冲宽度即可。
电动机工作在弱磁状态。
变压变频调速
在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也
恒定，属于“恒转矩调速”方式。
在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出
转矩也随之降低，由于转速上升，允许输出功率
基本恒定，属于“近似的恒功率调速”方式。
变压变频调速
异步电动机变压变频调速的控制特性
内容提要
对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM 波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波为：
Ud
O -U d
t
根据面积等效原理，正弦波还可等效为下图中的PWM 波，而且这种方式在实际应用中更为广泛。
U
d
O
-
t
U
d
等幅PWM波 输入电源是恒定直流
不等幅PWM波 输入电源是交流或不是恒定 的直流
10
20
30
40 fr /Hz
以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频 率比期望波高得多的等腰三角波作为载波。由它们的交点确定 逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦 规律变化的脉冲序列，这种调制方法称作正弦波脉宽调制 （Sinusoidal pulse Width Modulation，简称SPWM）。
前言(运动控制系统 陈伯时)
主要章节
第1章 绪论 第一篇 直流调速系统
第2章 转速反馈控制的直流调速系统 第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统 第4章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统 第二篇 交流调速系统 第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统 第6章 基于动态模型的异步电动机调速系统 第7章 绕线转子异步电动机双馈调速系统 第8章 同步电动机变压变频调速系统 第三篇 伺服系统 第9章 伺服系统
特点：前序课程多，涵盖内容广，实用性强。 要求：掌握闭环调速系统结构、原理及设计。
2.课程主要内容及章节安排
可控电源-电动机系统的特殊问题及机械特性； 调速系统的性能指标； 交、直流调速系统和伺服系统的原理和结构； 反馈控制的基本特点，反馈控制系统的静态和动
态性能指标及分析方法； 调节器结构及参数的设计方法； 反馈控制系统的实现； 计算机仿真在控制系统中的应用；
3.课时安排
课程总学时48学时，课堂学时40学时， 实验课时8学时；
课程着重讲解第1篇直流调速系统， 以第2、3、4章为重点，第2篇内容在 后续课程《交流调速》中讲解。第3 篇内容介绍几个系统
阮毅 陈伯时 主编
机械工业出版社
前言
课程性质、特点及要求； 课程内容及章节安排； 课时安排；
1.课程性质、特点及要求
性质：高等院校电气工程及其自动化、自动 化专业本科必修课程。可作为电力电子与电 力传动、工业自动化等相关学科硕士研究生 用书，还可供从事电力拖动控制系统的工程 技术人员参考。
第一篇直流调速系统第2章转速反馈控制的直流调速系统第3章转速电流反馈控制的直流调速系统第4章可逆控制和弱磁控制的直流调速系统第二篇交流调速系统第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统第6章基于动态模型的异步电动机调速系统第7章绕线转子异步电动机双馈调速系统第8章同步电动机变压变频调速系统第三篇伺服系统第9章伺服系统课程总学时48学时课堂学时40学时实验课时8学时
电力拖动自动控制系统.随堂练习试题
参考答案：A
3.双闭环直流调速系统，ASR、ACR均采用PI调节器，ACR的输出在（ ）时达到饱和限幅值。
A、系统起动 B、系统稳定运行
C、给定为0 D、电流反馈线断
参考答案：D
4.双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 （ ）
A．转速调节阶段 B．电流上升阶段 C．恒流升速阶段 D．电流下降阶段
则调节器的输出为（ ）
A、零； B、大于零的定值
C、小于零的定值； D、保持原先的值不变
参考答案：A
3.带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（ ）
A、零； B、大于零的定值
C、小于零的定值； D、保持原先的值不变
参考答案：A
4.无静差调速系统的PI调节器中，P部份的作用是（ ）
1.当转差率s很小时，异步电动机的电磁转矩Te（ ）
A．与s成正比 B.与s成反比 C.为0 D.以上都不对
参考答案：A
第五章 基于稳态模型的异步电动机调速系统·5.2 异步电动机的调压调速
1.异步电动机调压调速的气隙磁通（ ）
4.静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率（ ）
A．越小 B．越大 C．不变 D．不确定
参考答案：A
5.控制系统能够正常运行的首要条件是（ ）
A．抗扰性 B．稳定性 C．快速性 D．准确性
参考答案：B
6.调速系统的稳态性能指标的是指（ ）。
A、超调量 B、调速范围和静差率
A 调速范围D越小 B 额定转速ned越大
C 调速范围D越大 D 额定转速ned越大
参考答案：A
2.静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率( )
电气自动化设备安装与维修(2)电动机调速系统复习提纲
广东省粤东高级技工学校2010-2011学年度第一学期非全日制学历班《电动机调速系统》期中/期末复习提纲第1章1、知道现代运动控制是多门学科相互交叉的综合性学科，掌握运动控制系统的构成。
运动控制系统由、、及相应的等构成。
2、运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角。
理解转矩控制是运动控制的根本问题。
运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角。
要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的。
由电力拖动系统的运动式可知，转速的控制是通过对电动机（）的控制来实现的。
A．电磁转矩 B．定子电流 C．温升3、掌握生产机械的负载转矩特性。
典型的生产机械的负载转矩特性有：负载特性，负载特性以及负载特性。
第一篇直流调速系统掌握直流电动机的稳态转速公式，根据公式推出三种调速方法，理解自动控制的直流调速系统为什么往往以变压调速为主。
直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？第2章转速反馈控制的直流调速系统1、晶闸管整流器－电动机系统的机械特性【图2-6】包括整流状态和逆变状态、电流连续区和电流断续区。
晶闸管直流调速系统的机械特性分为连续段和不连续段，不连续段机械特性的特点是（）。
A．机械特性硬B．机械特性软C．机械特性软、理想空载转速高2、在电流连续的情况下，可以把晶闸管和整流装置当作一个一阶惯性环节来处理。
在电流连续的条件下，可以把晶闸管出发和整流装置当作环节来处理。
3、PWM变换器的作用是把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机的转速。
理解占空比的含义、熟悉简单不可逆PWM 变换器－直流电动机系统的原理图、电压电流波形[图2-10]PWM 变换器的作用是把恒定的直流电源电压调制成 脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机的转速。
4、直流PWM 调速系统的电能回馈问题，对滤波电容充电造成直流侧电压升高，称做“泵升电压”。
5、深刻理解调速范围、静差率、机械特性的含义及相互关系。
《电力拖动自动控制系统》复习要点
阮毅、陈伯时《电力拖动自动控制系统（第4版）》复习要点第一章绪论1、运动控制系统的组成2、运动控制系统的基本运动方程式me L d JT T dt ω=-mm d dtθω=3、转矩控制是运动控制的根本问题。
4、负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载。
a ）位能性恒转矩负载b)反抗性恒转矩负载。
5、负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载。
6、负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载。
直流调速系统第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速：e U IR n K -=Φ2、调节直流电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。
3、V-M系统原理图4、触发装置GT 的作用就是把控制电压U c 转换成触发脉冲的触发延迟角α。
改变触发延迟角α可得到不同的U d0，相应的机械特性为一族平行的直线。
5、脉宽调制变换器的作用：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。
6、调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比。
7、静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比。
8、调速范围、静差率和额定速降之间的关系：(1)N N n s D n s =∆-N N ND n s n D n ∆=+∆(1)N N n s n D s ∆=-9、转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图10、直流电动机的动态结构11、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多；（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多；（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。
12、当负载转矩增大，闭环调速系统转速自动调节的过程：TL ↑→I d ↑→n ↓→U n ↓→∆U n ↑→U c ↑→U d0↑→n ↑13、比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。
《运动控制系统》期末复习资料
第1章绪论1.什么是运动控制? 电力传动又称电力拖动，是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统的总称。
运动控制系统是将电能转变为机械能的装置，用以实现生产机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其它应用的要求。
2.运动控制系统的组成：现代运动控制技术是以电动机为控制对象，以计算机和其它电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真或计算机辅助设计为研究和开发的工具。
3.运动控制系统的基本运动方程式：第2章转速反馈控制的直流调速系统1.晶闸管-电动机（V-M ）系统的组成：纯滞后环节，一阶惯性环节。
2.V-M 系统的主要问题：由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和断续两种情况。
3.稳态性能指标：调速范围D 和静差率s 。
D =??(1-??)，额定速降??，D =????，s =????04.闭环控制系统的动态特性；静态特性、结构图？5.反馈控制规律和闭环调速系统的几个实际问题，积分控制规律和比例积分控制规律。
积分控制规律：t 0n cd 1tU U 比例积分控制规律：稳态精度高，动态响应快6.有静差、无静差的主要区别：比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。
比例积分放大器的结构：PI 调节器7.数字测速方法：M 法测速、T 法测速、M/T 法测速。
8.电流截止负反馈的原理：采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。
电流截止负反馈的实现方法：引入比较电压，构成电流截止负反馈环节9.脉宽调制：利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频的目的。
10.直流蓄电池供电的电流可反向的两象限直流斩波调速系统,已知:电源电压Us=300V,斩波器占空比为30%,电动机反电动势E=100V,在电机侧看,回路的总电阻R=1Ω。
第5章_基于稳态模型的异步电动机调速系统1411
L'lr
2
3n
pU
2 s
Rr'
s
1Leabharlann sRs Rr'2
s
2 2 1
Lls L'lr
2
异步电动机的机械特性
对s求导，并令
dTe 0 ds
最大转矩，又称临界转矩
Tem 21 Rs
3n
pU
2 s
Rs2 12 (Lls L'lr )2
异步电动机的机械特性
临界转差率：对应最大转矩的转差率
2
12
Lls
L'lr
2
异步电动机的机械特性
异步电动机传递的电磁功率
Pm
3I
'2 r
Rr'
s
机械同步角速度
m1
1
np
异步电动机的机械特性
异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）
Te
Pm
m1
3n p
1
I
'2 r
Rr' s
3n
pU
2 s
Rr'
/
s
1 Rs
Rr' s
2
12
Lls
• 73年第一次世界石油危机爆发，促使工业界考虑节 能问题，交流调速系统便应运而生。
• 风机、水泵等负载的容量几乎占工业电力拖动总容 量的一半以上，依赖挡板和阀门来调节送风和供水 的流量，浪费能量。
• 该类负载对调速范围和动态性能要求不高，只需要 一般的调速性能，就能产生很好的节能效果。
• 交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主 要发展方向。 • 目前主要有三个方面： • 一般性能的节能调速 • 高性能的交流调速系统和伺服系统 • 特大容量、极高转速的交流调速
基于稳态模型的异步电动机调速系统共212页文档
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
第5章 基于稳态模型的异步电动机调速系统
~ Pm
Pmech Ps
即
Pm = Pmech + Ps
Ps = sPm
Pmech = (1 – s) Pm
从能量转换的角度上看，转差功率是否
增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调 速系统效率高低的标志。从这点出发，可 以把异步电机的调速系统分成三类 。
1. 转差功率消耗型调速系统
这种类型的全部转差功率都转换成热能 消耗在转子回路中，上述的第①、②、③ 三种调速方法(降压、转差离合器、串电 阻)都属于这一类。在三类异步电机调速 系统中，这类系统的效率最低，而且越到 低速时效率越低，它是以增加转差功率的 消耗来换取转速的降低的。可是这类系统 结构简单，设备成本最低，所以还有一定 的应用价值。
电力拖动自动控制系统
第2篇
交流调速系统
概述
直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先 后诞生。在20世纪上半叶的年代里，鉴于直 流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速 拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容 量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电 机，这种分工在一段时期内已成为一种举世 公认的格局。交流调速系统的多种方案虽然 早已问世，并已获得实际应用，但其性能却 始终无法与直流调速系统相匹敌。
2.转差功率馈送型调速系统
在这类系统中，除转子铜损外，大部分 转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈 入，转速越低，能馈送的功率越多，上述 第④种调速方法属于这一类。无论是馈出 还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身 的损耗后，最终都转化成有用的功率，因 此这类系统的效率较高，但要增加一些设 备。
3. 转差功率不变型调速系统
• 交流拖动控制系统的应用领域
主要有三个方面：
一般性能的节能调速 高性能的交流调速系统和伺服系统 特大容量、极高转速的交流调速
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19
异步电动机的调速方法
由异步电动机的机械特性方程式
Te 3n pU s2 Rr' s sR R ' 2 s 2 2 L L' 2 1 s r 1 ls lr
可知，能够改变的参数可分为3类： 电动机参数、电源电压和电源频率(或角频 率)。
20
异步电动机的气隙磁通
60 f1N n1 n1N np
气隙磁通 Φ m
Us 4.44 f1 N s k NS
随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。
24
5.2.1 异步电动机调压调速的主电路
TVC—双向晶闸管 交流调压器 a)不可逆电路 b)可逆电路
图5-4 晶闸管交流调压器调速
25
5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性
要求带恒转 矩负载的调 压系统具有 较大的调速 范围时，往 往须采用带 转速反馈的 闭环控制系 统。
图5-7 带转速负反馈闭环控 制的交流调压调速系统
34
5.2.3 闭环控制的调压调速系统
当系统带负载稳定时，如果负载增大或减 小，引起转速下降或上升，反馈控制作用 会自动调整定子电压，使闭环系统工作在 新的稳定工作点。
' Ir
2
10
异步电动机的机械特性
异步电动机传递的电磁功率
3I R Pm s
'2 r
' r
机械同步角速度
m1
1
np
11
异步电动机的机械特性
异步电动机的电磁转矩(机械特性方程式 )
Te Pm
m1
R I 1 s
'2 r
3n p
' r
3n pU s2 Rr' / s
39
*5.2.4降压控制应用
三相异步电动机运行时的总损耗
p pCus pFe pCur pmech ps
总损耗 定子铜损 铁损 转子铜损 机械损耗 杂散损耗
电机的运行效率
P2 P2 P1 P2 p
40
轴上输出功率
输入电功率
*轻载降压运行
为了减少轻载时的能量损耗，降低定子电 压可以降低气隙磁通，这样可以同时降低 铁损和励磁电流。 过分降低电压和磁通，转子电流必然增大， 定子电流反而可能增加，铁损的降低将被 铜损的增加填补，效率反而更差了。 当负载转矩一定时，轻载降压运行有一个 最佳电压值，此时效率最高。
临界转差率保持不变
sm Rr' R s2 12 ( Lls L'lr ) 2
27
5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性
临界转矩
Tem 21 Rs R ( Lls L )
2 s 2 1
3n pU s2
' 2 lr
随定子电压的减小而成平方比地下降
28
5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性
41
5.3 异步电动机变压变频调速
变压变频调速是改变异步电动机同步转速 的一种调速方法，同步转速随频率而变化
60 f1 601 n1 np 2n p
42
5.3.1 变压变频调速的基本原理
异步电动机的实际转速
n (1 s)n1 n1 sn1 n1 n
稳态速降
n sn1
43
随负载大小变化
基频以下调速
当异步电动机在基频(额定频率)以下运行 时，如果磁通太弱，没有充分利用电机的 铁心，是一种浪费；如果磁通过大，又会 使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流， 严重时还会因绕组过热而损坏电机。 最好是保持每极磁通量为额定值不变。
44
基频以下调速
当频率从额定值向下调节时，必须使
三相异步电动机定子每相电动势的有效值
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降
Us Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
Eg
图5-1 异步电动机T型等效电路
21
异步电动机的气隙磁通
气隙磁通
Φm Eg / f1 Us / f1
为了保持气隙磁通恒定，应使
60 f1 同步转速 n1 np
f1 供电电源频率；np电动机极对数
6
异步电动机稳态等效电路
假定条件：①忽略空间和时间谐波，②忽 略磁饱和，③忽略铁损
图5-1
异步电动机T型等效电路
7
异步电动机稳态等效电路
转子相电流(折合到定子侧)
I
' r ' r
Us R 2 ' 2 Rs C1 1 Lls C1 Llr s
常用的基于稳态模型的异步电动机 调速方法有调压调速和变压变频调 速两类。
3
内 容 提 要
异步电动机稳态数学模型和调速方法 异步电动机调压调速 异步电动机变压变频调速 电力电子变压变频器 转速开环变压变频调速系统 转速闭环转差频率控制的变压变频调速 系统
4
5.1 异步电动机稳态数学模 型和调速方法
30
5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性
带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电 磁功率 1TL Pm m1TL np
1、TL 均为常数
故电磁功率恒定不变，与转速无关。
31
5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性
转差功率
Ps sPm smTL s
1TL
np
随着转差率 的加大而增加。 带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转 差功率、减小输出功率来换取转速的降低。 增加的转差功率全部消耗在转子电阻上， 这就是转差功率消耗型的由来。
Eg f1
常数
Us 常数 或近似为 f1
22
5.2 异步电动机调压调速
保持电源频率为额定频率，只改变定
子电压的调速方法称作调压调速。 由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制， 定子电压只能降低，不能升高，故又 称作降压调速。
23
异步电动机调压调速
调压调速的基本特征：电动机同步转速保 持额定值不变
调压调速的机械特性表达式
Te 3n pU s2 Rr' s
1 sRs Rr'
2
s Lls L
2 2 1
' lr
2
U s 可调
电磁转矩与定子电压的平方成正比
26
5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性
理想空载转速保持为同步转速不变
n0 n1N
异步电动机稳态数学模型包括异步电动 机稳态等值电路和机械特性，两者既有 联系，又有区别。 稳态等值电路描述了在一定的转差率 下电动机的稳态电气特性。 机械特性则表征了转矩与转差率(或转 速)的稳态关系。
5
5.1.1异步电动机稳态数学模型
转差率与转速的关系
n1 n 或 n (1 s)n1 s n1
三相异步电动机直接接电网起动时，起动 电流比较大，而起动转矩并不大。
I sst
' I rst
R
s
' 2 Rr
Us
2 1
Lls
' 2 Llr
Test
3n pU s2 Rr' R R ' 2 2 L L' 2 1 s r 1 ls lr
当电动势较高时，忽略定子电阻和漏感压降，
U s Eg
Eg
47
基频以下调速
低频补偿(低频转矩提升) 低频时，定子电阻和漏感压降所占的份 量比较显著，不能再忽略。 人为地把定子电压抬高一些，以补偿定 子阻抗压降。 负载大小不同，需要补偿的定子电压也 不一样。
48
基频以下调速
通常在控制软 件中备有不同 斜率的补偿特 性，以供用户 选择。 a—无补偿 b—带定子电 压补偿
15
异步电动机的机械特性
当s很小时，忽略分母中含s各项
Te
3npU s
1R
2 s ' r
s
转矩近似与s成正比，机械特性近似为直 线
16
异步电动机的机械特性
当s较大时，忽略分母中s的一次项和零次项
1 Te 2 R 2 2 L L' s 1s s 1 ls lr
图5-5 异步电动机调压调速的机械特性
29
5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性
带恒转矩负载时，普通笼型异步电动机降 压调速时的稳定工作范围为
0 s sm
调速范围有限，图中A、B、C为恒转矩负载 在不同电压时的稳定工作点。 带风机类负载运行，调速范围可以稍大一 些，图中D、E、F为风机类负载在不同电压 时的稳定工作点。
Eg 4.44Ns kNS ΦmN 常值 f1
基频以下应采用电动势频率比为恒值的
控制方式。
45
基频以下调速
气隙磁通不变如何控制？
只要控制
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
Us Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
便可控制气隙磁通不变
46
基频以下调速
恒压频比的控制方式
32
s
5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性
增加转子电阻值， 临界转差率加大， 可以扩大恒转矩负 载下的调速范围， 这种高转子电阻电 动机又称作交流力 矩电动机。 缺点是机械特性 图5-6 高转子电阻电动机(交流力矩电 较软。 动机)在不同电压下的机械特性