运动控制系统 第六讲 交流电机
《交流电动机》课件
交流电动机的转速控制方法
1 电阻调速
2 变频调速
3 矢量控制
通过改变转子电阻来改变转 速。
通过调节电源频率来改变转 速。
实时监测电机运行状态并调 节力矩和转速。
额定功率及以下交流电动机的维护保养
定期清洁
清除灰尘和其他杂质，并确保散 热良好。
润滑
定期检查和更换润滑油。
转子运动
2
转子由于磁场的变化而受到电磁力的作用，
产生转动力矩。
3
转子滑差
转子滑差决定了转速与旋转磁场之间的相对 运动。
交流电动机的构造和组成部分
定子
由定子线圈和铁心组成，产生旋转磁场。
转子
由铁芯和绕组组成，受到旋转磁场的作用。
Байду номын сангаас
端盖
将定子和转子安装在一起，并提供机械支撑。
轴承
支撑转子并降低摩擦。
交流电动机的工作性能参数
密封检查
检查密封件并更换损坏的密封件。
额定功率 额定电压 效率 功率因数
电动机设计和制造的标称功率。 电动机设计和制造的标称电压。 电动机的输出功率和输入功率之间的比率。 电动机的实际功率和视在功率之间的比率。
交流电动机的启动方式和运行控制
1
星三角启动
2
先将电动机连接成星形，然后切换为三角形。
3
直接启动
电动机在额定电压下直接启动。
变频启动
《交流电动机》PPT课件
交流电动机是现代工业中最常见的电动机类型之一。本课件将深入介绍交流 电动机的基本原理、分类及应用、工作原理、构造和组成部分等内容，旨在 为大家提供全面且深入的了解。
交流电动机的基本原理
交流电机控制原理及控制系统
交流电机控制原理通常涉及改变电机的电压、频率或二者来控制其转速和扭矩。
最常见的交流电机类型包括异步电机（也称为感应电机）和同步电机。
以下是两种电机的控制原理及控制系统的简要介绍：异步电机（感应电机）控制原理：异步电机的转速由其供电频率和极数确定，根据公式\( n = \frac{120f}{p} \)，其中\( n \) 是电机的同步转速，\( f \) 是供电频率，\( p \) 是极对数。
电机实际转速会低于同步转速，这个差值称为滑差。
1. 频率控制（V/f控制）：电压和频率成比例调整，以维持电机的磁通密度，从而控制转速。
适合于要求不高的应用，如风扇或泵。
2. 矢量控制（磁场定向控制，FOC）：精确控制电机的磁场和转矩。
将电机模型从时间域转换到旋转参考框架（d-q坐标系），独立控制转矩和磁通。
需要电机参数，通过编码器或传感器反馈，能提供高性能的控制。
3. 直接转矩控制（DTC）：直接控制定子磁通和电磁转矩，快速响应。
不需要转速或位置传感器，适合于要求快速动态响应的应用。
同步电机控制原理：同步电机的转速与供电频率严格同步。
转速由同步速度公式\( n_s = \frac{120f}{p} \) 确定。
1. 矢量控制：同样适用于同步电机，允许对转矩和磁通进行独立控制。
通常需要位置或速度反馈来实现精确控制。
2. 直接转矩控制（DTC）：同样可以用于同步电机，提供快速的转矩响应。
控制系统组件：交流电机的控制系统通常包含以下组件：1. 输入设备：用于接收命令和反馈信号，如开关、按键、编码器等。
2. 控制器：可以是微处理器、PLC或专用的电机控制器，用来实现控制算法。
3. 功率变换器：通常是逆变器，用来将直流电转换为可控的交流电，以调整电机的电压和频率。
4. 反馈传感器：如速度传感器、位置传感器、电流传感器和电压传感器，用于闭环控制。
5. 保护装置：确保系统在过载、短路、过热等异常情况下能够安全运行。
控制系统设计：设计交流电机的控制系统时，需要考虑以下因素：电机类型和规格：选择合适的控制方法和硬件。
运动控制系统第6章位置随动系统
2）定位精度与速度控制范围 定位精度是评价位置随动系统控制准确度的性能指标。系统最终定 位点与指令目标值间的静止误差定义为系统的定位精度。 位置伺服系统，应当能对位置输入指令输入的最小设定单位（1脉 冲当量），作出相应的响应。为了实现这一目标，一是要采用分辨 率足够高的位置检测器，二是要求系统的速度单元具有足够宽的调 速范围，也就是说速度单元要有较好的低速运行性能。 图6-3为速度控制单元的输入输出特性
2. 交流伺服电动机
在现代伺服系统中，更多的采用交流伺服电动机。交流伺服电动机可 以是异步电动机或者永磁同步电动机。
交流异步伺服电动机有下述特点：
1）采用二相结构，电动机定子上布置有空间相差90º电角度的二相绕组， 一相称励磁绕组，一相称控制绕组，分别施加相位差90º的交流电压；
2）励磁绕组电压不变控制绕组电压为零时，旋转磁场变成了静止脉动磁 场，电动机立即停止转动，克服了普通异步电动机失电时的“自转”现象， 符合机床的要求；
6.2.4 数控机床的轨迹控制原理及其实现
1. 数控插补概述 以数控机床为例，其控制的目标是被加工的曲线或曲面，在加工过程
中要随时根据图纸参数求解刀具的运动轨迹，其计算的实时性有时难 以满足加工速度的需求。因此实际工程中采用的方法是预先通过手工 或自动编程，将刀具的连续运动轨迹分成若干段，而在执行程序的过 程中实时地将这些轨迹段用指定的具有快速算法的直线、圆弧或其它 标准曲线予以逼近。 插补是一个实时进行的数据密化过程。轨迹插补与坐标轴位置伺服是 数控机床的二个主要环节。 插补必须实时完成，因此除了要保证插补运算的精度外,还要求算法简 单。一般采用迭代算法。 就目前普遍应用的算法而言，可以分为两大类：脉冲增量插补，数据 采样插补。
交流电机结构及原理ppt
电机控制器的工作原理
03
交流电机的应用
03
物料搬运
在工业领域，交流电机常用于驱动起重机、堆垛机和传送带等设备，实现物料的搬运和储存。
工业应用
01
工厂自动化生产线
交流电机广泛应用于工厂自动化生产线，用于驱动各种机械和传送带。
02
泵和风机
交流电机还可以用于泵和风机的驱动，为工业生产提供流体输送和气体交换。
交流电机可用于电动汽车和混合动力汽车的驱动，提供稳定的动力输出。
车辆驱动
此外，交流电机还用于驱动车辆中的各种辅助设备，如空调、座椅和门窗等。
辅助设备驱动
汽车应用
城市轨道交通
在城市轨道交通中，交流电机常用于驱动地铁和轻轨车辆，提高运输效率。
定子绕组是电机的电路部分，通入三相交流电以产生旋转磁场。
转子
气隙是定子与转子之间的间隙，是电机的重要参数之一。
气隙的大小对电机的性能有着重要影响，气隙过大将导致电机功率因数降低，同时增加电机的制造成本；气隙过小则会增加电机的噪音和振动，甚至导致扫膛故障。
气隙
02
交流电机的原理
电源向电机定子绕组提供交流电源，产生旋转磁场，磁场与转子导体相互作用，使转子转动。
随着全球经济的发展和我国产业结构调整的深入推进，交流电机行业将迎来新的发展机遇，市场需求将持续增长，产业将进一步升级，向高端化、国际化发展。
技术创新与进步
绿色智能制造与工业互联网的融合
市场需求与产业升级
THANKS
感谢观看
较高的效率和可靠性
交流电机可以应用于各种不同的行业和领域，例如工业、能源、交通运输等，这使得其具有广泛的市场前景。
交流电机6点控制逻辑
交流电机6点控制逻辑交流电机6点控制逻辑是指控制交流电机在不同的电机转速和方向之间切换的一种操作方式。
这种控制逻辑主要用于进行电机速度和方向调节等应用，广泛应用于各种工业自动化系统中。
本文将一步一步详细介绍交流电机6点控制逻辑的原理和操作方法。
第一步：了解交流电机的基本结构和工作原理首先，我们需要了解交流电机的基本结构和工作原理。
交流电机主要由定子、转子和电源组成。
定子是电机的固定部分，它包含一个定子线圈，也称为绕组。
转子是电机的旋转部分，它由若干个磁极和绕组构成。
当电流通过定子线圈时，会产生一个旋转磁场，与转子上的磁场相互作用，从而实现电机的转动。
第二步：学习交流电机的控制原理控制交流电机的关键是控制电流的方向和大小。
在交流电机中，我们一般使用三相交流电源作为电机的供电来源。
通过控制三相交流电源的相位和频率，可以实现对电机的控制。
第三步：了解交流电机的六个控制点交流电机的六个控制点分别为正转、反转、停止、减速、加速和定速。
在正转状态下，电机按照设定速度和方向转动；在反转状态下，电机反向转动；在停止状态下，电机停止转动；在减速状态下，电机逐渐减速直至停止；在加速状态下，电机逐渐加速；在定速状态下，电机保持固定的转速。
第四步：分析交流电机的六个控制点的实现方法实现交流电机的六个控制点，需要通过控制电机的起动、停止、转向和转速等参数来实现。
通常情况下，我们使用电机驱动器来实现这些功能。
电机驱动器是一种能够通过调整电压和频率来控制电机运行的设备，通常采用PID闭环控制算法来实现。
通过调整电机驱动器的输出信号，可以实现对电机的六种控制状态的切换。
第五步：配置交流电机的控制逻辑在配置交流电机的控制逻辑时，我们需要将电机驱动器与控制器进行连接，并设置相应的参数和逻辑关系。
根据实际情况，我们可以通过控制器上的按键、面板、电脑等设备来实现对电机的控制。
例如，我们可以通过按下正转按钮来使电机正向转动，在按下反转按钮时使电机反向转动。
运动控制系统-第6章交流调速系统
☺转差率☺
s = n0 - n n0
Motion Control Systems
转子尚未转动时，n = 0, s = 1；若n = n0，则s = 0。 可知，异步电动机处于电动状态时，0 < s < 1。 额定运行时，sN = 1% ~ 5%。
Spring 2015
本章内容提要
Motion Control Systems
Motion Control Systems
（2.3）三相交流异步电动机的结构——转子绕组
各相引出线连到滑环上，
滑环套在转轴上并与之绝缘，
三
通过电刷与外电路相连
相
， 一 般
绕线式转子绕 组接线示意图
接
成
星
有可能在转子电路中
形
串接电阻，改善电动
机运行性能
鼠笼式转子绕组
Spring 2015
Motion Control Systems
如何改变旋转磁场的转向？ 最简单的方法：改变三相交流电流的通入方向
Spring 2015
（3）三相交流异步电动机的工作原理 ☺同步转速（旋转磁场转速）☺
Motion Control Systems
三相交流电动机定子旋转磁场每分钟的转速n0、定子电流频率f 和磁极对数p之间的关系是
60 f n0 = p
（3）三相交流异步电动机的工作原理 三相电流波形
ωt = 0
iA = sin ωt + 900 iB = sin ωt - 300 iC = sin ωt + 2100
Spring 2015
ωt = 240
Motion Control Systems
两 极 旋 转 ωt = 120 磁 场 示 意 图 ωt = 360
交流电机拖动的运动控制系统
要： 在拖 动 系统 中， 交流 电机比直流电机应 用广泛 ， 这不但是 因为交流 电源比直流 电源变压方便 ， 更是 因为交
流电机 ， 尤其是三相 鼠笼异 步电机结构 简单、 造价低廉且运行可靠。 实际的控制 系统 中， 在 安装转速测量的装置 又给整 个 系 带来了不便检修 和体积增大、 统 可靠性降低的 问题。为 了解决这 些问题 ， 工程技术人 员研 究出了无速度传感器的 感应 电机控制 系统。不用位置传感器并不是 不需要速度信号 ， 而是通过对 电机的转速进行观 测和估 计来代替传感 器，
片 ， 前 轴 后 转 ， 加 大 主 销 后 倾 角 ， 试 运 行 调 试 ． 拉 机 运 使 再 再 拖 行 中 ， 速 后 有 时 出 现 自 由跳 档 现 象 ， 要 是 拔 叉 轴 槽 磨 损 、 变 主
以 上 是 从 技 术 层 面 分 析 的 ，在 对 农 民 的操 作 农 用 机 械 水
平 、养 护 知 识 的 提 高 上农 村 相 关部 门还 要 加 大 对 农 民技 术 指
拔 叉 弹 簧 变 弱 、 杆 接 头 部 分 间 隙过 大 所 致 。 以采 用 修 复 定 连 可 位 槽 、 换 拔 叉 弹 簧 、 档 到 位 后 便 可 达 到 正 常 变 速 。解 决 机 更 挂
去 皮 和 籽 ， 洗 净 后 放 入 水 箱 内 ， 期 更 换便 可 除 水垢 。 清 定
８ １
油 缸 和 前 引 导 轮 ， 据 车 轮 、 胎 和 轮 距 部 分 要 求 紧 固车 轮 和 根 轮
车桥螺栓 ． 查后 桥轴承 、 轮轴 承 、 桥 、 械前轮驱 动轴 、 检 前 前 机
从 而构成无速度传感 器的感应 电机 向量控制 系统 。 关键词 ： 交流电机 ； 动 ； 拖 运动控制
运动控制第5版 第6章 异步电动机稳态控制1
图6-10 异步电动机变压变频调 速的控制特性
34
6.3.2 变压变频调速时的机械特性
基频以下采用恒压频比控制, 异步电动机机 械特性方程式(6-5)改写为
Te
3n
p
Us
1
2
R 'T 2
P = sP = 1 e ?
re
s
m
n p
3n
p
骣 çççç桫Uw1s
2
÷÷÷÷
与转速无关，故称作转差功率不变型。
37
基频以上调速
电压不能从额定值再向上提高，只能保持 不变，机械特性方程式(6-5)可写成
Te
3npUsN 2
1
(sRs
Rr' )2
sRr'
s212 (Lls
L'lr )2
6.1.2 异步电动机的调速方法与气隙磁通
1. 异步电动机的调速方法 所谓调速，就是人为地改变机械特性
的参数，使电动机的稳定工作点偏离固有 特性，工作在人为机械特性上，以达到调 速的目的。
13
由异步电动机的机械特性方程式
Te
1
sRs
3npU
2 s
Rr'
s
Rr'
2
s
2 2 1
Lls L'lr
临界转矩可写为
Tem
3 2
n
pU
sN
2
1
Rs
1
Rs2
12 (Lls
L'lr )2
38
临界转差律与(6-6)相同:
第6章 电力拖动自动控制系统 运动控制系统(第5版)
6.3 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
6.3.1 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
6.2 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。
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
60 f1N n1 n1N np
气隙磁通 Φ m
' 1 sR R s r
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
6.2.2 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' R s2 12 ( Lls L'lr ) 2
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
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 或近似为
交流电机结构及原理ppt
05
交流电机的发展趋势与展望
19世纪末期
交流电机的发展历程
20世纪初期
20世纪中叶
21世纪初
交流电机的发展趋势
更安全
加强电机的安全性和可靠性，确保人身和设备安全。
交流电机的未来展望
更高效
进一步提高电机效率和功率密度。
更环保
采用更环保的材料和制造工艺。
交流电机结构及原理ppt
xx年xx月xx日
contents
目录
交流电机概述交流电机结构交流电机工作原理交流电机的优缺点交流电机的发展趋势与展望
01交流电机概述源自1交流电机的定义2
3
交流电机是一种将交流电能转换为机械能的装置。
它由一个固定的定子和一个旋转的转子组成，定子中通入三相交流电，转子中通入单相交流电。
绕组
支撑和保护定子绕组，同时作为安装轴承的支座。
端盖
定子结构
由导磁率高的硅钢片叠压而成，是电机的旋转部分，主要作用是产生转矩。
转子结构
铁心
由绝缘导线组成，在铁心上按一定规律绕制而成，主要作用是感受磁场的变化并产生转矩。
绕组
支撑转子并允许其旋转，同时传递转矩。
轴承
由内圈、外圈、滚动体和保持架组成，滚动体在内外圈之间滚动，保持架则使滚动体保持一定的距离。
可靠稳定
交流电机的维护相对简单，不需要经常进行复杂的维修和保养。
维护方便
交流电机的缺点
交流电机的维护与保养
应定期检查交流电机的运行状态，包括外观、紧固件、轴承、绕组等部分。
定期检查
清洁与润滑
预防性维护
安全操作
保持交流电机的清洁和适当的润滑，以减少机械磨损和防止锈蚀。
运动控制系统ppt课件
ud
ua
ub
uc
ud
O
ud
ua
ub
uc
ud
Ud E
t O
id ic O
ia
ib
ic
id
a）电流连续
ic
t O
ia
ib
ic
b）电流断续
图1-9 V-M系统的电流波形
Ud E
t
t
1.2.3 抑制电流脉动的措施
在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的 转矩，对生产机械不利，同时也增加电机 的发热。为了避免或减轻这种影响，须采 用抑制电流脉动的措施，主要是：
• 瞬时电压平衡方程
ud0
E
id R
L
did dt
(1-3)
式中
E — 电动机反电动势；
id — 整流电流瞬时值； L — 主电路总电感；
R — 主电路等效电阻；
且有 R = Rrec + Ra + RL；
对ud0进行积分，即得理想空载整流电压 平均值Ud0 。
用触发脉冲的相位角 控制整流电压的
序言
课程的内容、目的
以电动机为控制对象、以实现既定（旋转） 运动规律和特性为目标、以电力能量变换技 术（电力电子应用技术）和自动控制理论及 相关控制技术为手段，探讨如何构成运动控 制系统。
序言
课程的地位、意义
• 自动化学科及自动控制领域背景知识 • 自动化专业的内涵及专业特征 • 本课程的专业地位及重要性
O
TL
2 3
Te
曲线变软。
调磁调速特性曲线
▪ 三种调速方法的性能与比较
对于要求在一定范围内无级平滑调速 的系统来说，以调节电枢供电电压的方式 为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁 通虽然能够平滑调速，但调速范围不大， 往往只是配合调压方案，在基速（即电机 额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
(完整word版)运动控制系统 复习知识点总结
1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。
（运动控制系统框图）2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的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电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。
因此，转矩控制是运动控制的根本问题。
第1章可控直流电源-电动机系统内容提要相控整流器-电动机调速系统直流PWM变换器-电动机系统调速系统性能指标1相控整流器-电动机调速系统原理2.晶闸管可控整流器的特点（1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。
（2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。
晶闸管可控整流器的不足之处晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。
晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。
在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。
需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。
3.V-M系统机械特4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。
5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类（2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统（3）有制动电流通路的不可逆PWM-直流电动机系统（4）桥式可逆PWM变换器（5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点双极式控制方式的不足之处（6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题”。
（7）直流PWM调速系统的机械特性6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式）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时电动机转速的变化率，称为静差率s。
交流电机的运行控制
直动式行程开关组成 1：推杆 2&4：弹簧 3：动断触点 5：动合触点
滚轮式行程开关
当运动机械的挡铁(撞块)压到行程开关的滚轮上时，传 动杠连同转轴一同转动，使凸轮推动撞块，当撞块碰 压到一定位置时，推动微动开关快速动作。当滚轮上 的挡铁移开后，复位弹簧就使行程开关复位。这种是 单轮自动恢复式行程开关。而双轮旋转式行程开关不 能自动复原，它是依靠运动机械反向移动时，挡铁碰 撞另一滚轮将其复原。
无源接近开关
交流电机的运行控制
行程开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种 常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞 使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的 控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置 或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向 运动、变速运动或自动往返运动等。
其结构原理如图F2所示，当被控机械上的撞块撞击带有滚 轮的撞杆时，撞杆转向右边，带动凸轮转动，顶下推杆， 使微动开关中的触点迅速动作。当运动机械返回时，在复 位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。
滚轮式行程开关组成
1：滚轮 2：上转臂 3&5&11：弹簧 4：套架 6：滑轮 7：压板 8&9：触点 10：横板
动作原理同按钮类似，所不同的是：一个是手动，另一个 则由运动部件的撞块碰撞。当外界运动部件上的撞块碰压 按钮使其触头动作，当运动部件离开后，在弹簧作用下， 其触头自动复位。
其结构原理如图F1所示，其动作原理与按钮开关相同， 但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度，不 宜用于速度低于0.4m/min的场所
微动式行程开关
微动开关式行程开关的组成，以常用的有LXW-11系列产 品为例，其结构原理如图F3所示
《电力拖动自动控制系统》-运动控制系统(第三版)习题答案
第一章 闭环控制的直流调速系统1－1 为什么PWM —电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？ 答：PWM —电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1） 主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2） 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
（3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。
（4） 若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
（5） 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。
（6） 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
1－2 试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的。
答：在制动状态中，为负值，就发挥作用了。
这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。
这时，先减小控制电压，使d i 2VT 1g U 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压降低。
但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成，很快使电流反向，截止，在d U d E U >d i 2VD on t t ≤＜Ｔ时，2g U 变正，于是导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。
在＜Ｔ+时，关断，2VT T t ≤on t 2VT d i −沿回路4经续流，向电源回馈制动，与此同时，两端压降钳住使它不能导通。
在制动状态中，和轮流导通，而始终是关断的。
1VD 1VD 1VT 2VT 1VT 1VT 在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时两端电压也降为零，便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。
1VT d i 2VD 2VD 2VT １－３ 调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母Ｄ表示，即maxminn D n =其中，和一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
运动控制交流调速系统分解
• 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
第5页/共94页
1. 一般性能的节能调速
在过去大量的所谓“不变速交流拖动”中，风机、水泵等通用机械的容 量几乎占工业电力拖动总容量的一半以上，其中有不少场合并不是不需要调速， 只是因为过去的交流拖动本身不能调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和 供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了。
n
n0
恒转矩负载特性
A
B
0.5UsN C
UsN
0.7UsN
O
TL
Te
图5-5 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）
许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动，鉴于交流电机比直流 电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、惯量小、效率高，如果改成 交流拖动，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其 电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。
第8页/共94页
高性能的交流调速系统和伺服系统（续）
ห้องสมุดไป่ตู้
图5-3 异步电动机的稳态等效电路
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• 参数定义
• Rs、R’r ——定子每相电阻和折合到定子侧的 转子每相电阻；
• Lls、L’lr ——定子每相漏感和折合到定子侧的 转子每相漏感；
•
Lm——定子每相绕组产生气隙主磁通的
等效电感，即励磁电感；
• Us、1 ——定子相电压和供电角频率；
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为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过 热，就要求电机转子有较高的电阻值，这样的电机在变电压时的机械特性绘于图 5-5。
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1．交流电机的物理模型
• 1)异步交流电机的物理模型 • 2) 同步交流电机的物理模型
• 1) 异步交流电机的物理模型
• 图6-1所示的是异步交流电机的物理模型， 其中A、B、C是定子绕组轴线，a、b、c是
转子绕组轴线，是定子轴与转子轴的空间 电角度，为转子转速。
2) 异步交流电机等效电路的通用形式
• 如前所述，a是折算系数，那么转子折算到 定子侧的电流、电压分别为 ：
(6-5)
(6-6)
• 令Im = I1 + I2且u2 = 0，异步交流电机以电 感表示的T型稳态等效电路如图6-5所示。
图 6-5
• 3) a = Lm/L2时突出转子磁链的“T-1型” 等效电路
本讲主要内容
第六章 交流电机控制技术 6.1 交流电机调速系统基本理论
6.2标量控制 6.3矢量控制 6.4直接转矩控制
6.5变频器
交流电机 特点 结构简单、使用与维护方便
交流电机基本分类 异步交流电机和同步交流电机 异步交流电机有鼠笼式和绕线式； 同步交流电机有自控式、他控式
和永磁式。
使用场合 风机、水泵、压缩机、输送机
• Uf为同步交流电机励磁绕组电压；Rf为励 磁绕组电阻；If为励磁绕组电流；Ψf为励磁 绕组磁链；p是微分算子。
• 直轴与交轴阻尼绕组的电压方程为：
(6-11)
• Ud、Uq分别为d、q同步交流电机转子直轴和交 轴绕组电压；Rd、Rq分别为直轴和交轴绕组电阻； Id、Iq分别为直轴和交轴绕组电流；Ψd、Ψq 分 别为直轴和交轴绕组磁链；p是微分算子。
• ②忽略磁饱和，各绕组的自感和互感 都是线性的；
• ③忽略铁损；
• ④不考虑频率和温度变化对绕组的影 响；
• 在图6-7中，IT = I2/a是电磁转矩电流，定 子电流I1能够分解成为励磁电流分量Im和转
矩电流分量IT。向量图以2为核心，可得
出转矩表达式为
(6-7)
• ⑤无论电机转子是绕线式还是鼠笼式， 都将它等效成绕线转子，并折算到定 子侧，折算后的定、转子每相匝数都 相等；
• ⑥不失一般性地，可将多相绕组等效 为空间上互差90°电角度的两相绕组， 即直轴和交轴绕组；对于同步交流电 机转子的阻尼绕组，假设阻尼条和转 子导磁体对转子直轴d、交轴q对称。
• 1) 异步交流电机的基本方程 • 定子的电压方程为
(6-8)
• UA、UB、UC分别为A、B、C三相定子绕组 电压；RA、RB、RC分别为定子绕组电阻； IA、IB、IC分别为定子绕组电流；ΨA、ΨB、 Ψc 分别为定子交流电机的物理模型
• 图6-2所示的是同步交流电机的物 理模型，其中A、B、C是定子绕组 轴线，转子分为直轴和交轴，uq是 交轴阻尼绕组轴线，ud是直轴阻尼 绕组轴线，uf是转子励磁绕组轴线。
6-1
2．异步交流电机稳态等效电路
6-3
图 6-3
• 图6-3所示的T型等效电路着眼点是气隙磁
• 3) 磁链方程 • 异步交流电机的磁链方程为 ：
(6-12)
• Lxx为系数矩阵，X∈(A，B，C，a，b，c)，若下 角标xx取值相同，则代表自感；若下角标xx取值 不同，则代表互感。由此可见，矩阵对角线上的 主元素LAA、LBB、LCC是定子绕组的自感，Laa、 Lbb、Lcc是转子绕组的自感，LxA、LxB、LxC是 定子或者转子某相绕组对其他绕组的互感。
• 随着20世纪80年代微电子制造工艺技术的 飞速发展，带动微处理器、电力电子元件 及编码器检测技术的制造水平大幅提升， 使得交流电机调速系统驱动器的瓶颈得到 突破，余下的问题就是电机的模型问题， 因此研究交流电机的数学模型十分必要。
6.1.2 交流电机模型
• 要想解决交流电机分析，就必须建立描述 交流电机的方程。其方法就是要对交流电 机进行解耦，要能描述交流电机转速、转 矩与输入电压之间的关系。描述交流电机 模型需建立如下方程：
• 定子漏磁通所对应的电感是定子漏感L11， 转子漏磁通所对应的电感是转子漏磁L2l， 如果用L1m表示与主磁通对应的定子电感， L2m表示与主磁通对应的转子电感，则定子、 转子之间的自感分别为
• 将a = Lm/L2代入图6-5所示的转子回路，得 到等效电路图6-6，简称“T-1型”等效电路， 其励磁回路代表转子总回路。图6-6适用于 转子磁链守恒分析，其向量图如图6-7所示。
图 6-6
图 6-7
3．交流电机描述方程
• 假设：
• ①三相绕组对称，即磁路对称，忽略 空间谐波，磁势沿气隙圆周按正弦分 布；
• 转子的电压方程为:
(6-9)
• 式中，Ua、Ub、Uc分别为a、b、c三相 转子绕组电压；Ra、Rb、Rc分别为转子 绕组电阻；Ia、Ib、Ic分别为转子绕组电 流；Ψa、Ψb、Ψc分别为转子三相绕组 磁链；p是微分算子。
• 2) 同步交流电机基本方程 • 励磁绕组的电压方程为 ：
(6-10)
6.1 交流电机调速系统基本理论
• 6.1.1 研究交流电机的解耦问题的必要性 • 交流电机与直流电机相比，结构简单，使
用维护方便，那么为什么早期交流电机调 速却得不到应有的普及呢？
限制使用的四个原因
• 第一是数学模型，由于交流电机的特点是 强耦合、时变、非线性，因此其数学模型 描述复杂，使得电机转矩控制困难；第二 是控制器技术，需要解算的对象相对于直 流电机而言复杂，要求交流电机的控制器 功能强大；第三是电力电子技术，早期电 力电子器件的功能难以满足交流电机对 PWM的要求；第四是检测技术，早期反馈 检测元件达不到交流电机调速的要求。
通m。根据图6-3可以得出下列公式：
(6-1)
(6-2) (6-3) (6-4)
• 图6-4是以气隙磁通m为中心的向量图。
图 6-3
• 因为异步交流电机的电磁转矩是由转子磁
通2产生的，故本章着重于2的等效电路。
• 图6-4的基本思想是保持电机气隙磁场相同， 折算系数a为定子绕组匝数和转子绕组匝数 的比值。除了按照定子侧折算之外，还有 定子磁链恒定折算法、转子磁链恒定折算 法。按照转子总磁链恒定的原则，在保证 转子总共磁链不变的条件下，通过控制转 差就能有效控制转矩。总转子磁链恒定法 是转差控制和矢量控制的理论基础。