LIM的电流-转差频率控制(精)
【精品】电工技术林育兹第78章习题答案
第7章习题7。
1有一四极三相异步电动机，额定转速n N ＝1440r ／min ，转子每相电阻R 2＝0。
02Ω，感抗X 20＝0.08Ω，转子电动势E 20＝20V ，电源频率f 1＝50Hz 。
试求该电动机起动时及在额定转速运行时的转子电流I 2。
7.3。
1《电工学电工技术全程辅导(第六版）》主编：韩朝P268解：15002506060,210=⨯===p f n p r/min 转差率：11N n n n s -=，于是04.0150060150014401500N ==-=s 起动时，1=s ，则转子电流()24308.002.020222202202202220N st 2=+=+=+=XR E sX R E s I A额定运行时转子电流()()5.3908.004.002.02004.022220N 2220N n 2=⨯+⨯-=+=X s R E s I A7。
2已知Y100L1—4型异步电动机的某些额定技术数据如下：2。
2kW380V 丫接法1420r ／minCOS ϕ＝0.82η＝81%试计算：（1)相电流和线电流的额定值及额定负载时的转矩;（2)额定转差率及额定负载时的转子电流频率。
设电源频率为50Hz 。
7.4.1《电工学电工技术全程辅导（第六版）》主编:韩朝P270解：（1）由于是Y 接法，N 13U U =线电流额定值，根据额定功率和功率因子的定义03.581.082.03803102.2cos 33N NN ≈⨯⨯⨯⨯=⋅=ηϕU P I A相电流额定值03.5N PN ==I I A额定转矩m N 8.1414202.295509550N N N ⋅≈⨯==n P T (2）由电动机型号可知磁极对数2=p ，故150025060601=⨯==p f nr/min ，于是有额定转差率053.0150014201500121n ≈-=-=n n n s 转子电流频率 67.250053.01N 2≈⨯==f s f Hz7.3有台三相异步电动机，其额定转速为1470r ／min ，电源频率为50Hz 。
16kVA电流源型转差频率控制的闭环调速控制系统设计
第1章16kVA电流源型转差频率控制的闭环调速控制系统设计概述16kVA电流源型转差频率控制的闭环调速控制系统是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的系统，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。
转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在V/f控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。
这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。
电流型变频器属于恒流源，系统对负载电流变化的反应迟缓，因而适用于单台电机传动，但可以满足快速起、制动和逆运行的要求。
变频器的工作原理被广泛应用于各个领域。
例如计算机电源的供电，在该项应用中，变频器用于抑制反向电压、频率的波动及电源的瞬间断电。
电流源型转差频率控制的闭环调速控制系统是由主电路和控制电路两部分组成。
其主电路是由整流电路，逆变电路组成；其控制电路是由函数发生器、速度调节器、电流调节器、SPWM、驱动电路、极性鉴别器等组成。
其整体框图如图1.1所示。
图1.1 原理框图第2章硬件电路设计2.1 主电路设计16kVA电流源型转差频率控制的闭环调速控制系统的主电路由晶闸管整流器、滤波电抗器、电源时，称为有源逆变；当交流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。
本设计采用电流型三相桥式逆变电路，原理图如图2.3所示。
这种电路是在逆变电路直流侧串联一个大电感，因为大电感中的电流脉动很小，可近似看成直流电流源。
其基本工作方式是120°导电方式。
即每个臂一周期内导电120°，按VT1到VT6的顺序每隔60°依次导通。
转差频率控制原理
转差频率控制原理：当稳态气隙磁通恒定时．异步电机的机械特性参数表达式为：()()()220222102222221211)(3⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆Φ=+=σσωωωx n n r r n n C sx r r s E P T n (2-1)当实际转差额定空载转速相比很小时（0n n <<∆） ，220r x n n <<∆σ ,可以从式中约去，这样式(2-1)可以简化为：()()2022222102n r C r r n n C T smn m n 'Φ=∆Φ≈ωω 其中1602ωπωn np s ∆=∆=(2-2) 从式(2-2)中可得，当转差频率s ω较小且磁通m Φ恒定时，电机的电磁转矩T 与s ω成正比。
这时只要控制转差频率s ω就能控制转矩T ，从而实现对转速的控制。
若要使转差频率s ω较小，只要有提供异步电动机的实际转速反馈即可实现。
若要保持m Φ为恒值，即保持励磁电流m I 恒定，而励磁电流m I 与定子电流1I 有如下关系，()()[]()222221221σσωωωL r L L r f s m ms '+''++'I ==I （2-3） 因此若，1I 按照上述规律变化，则m I 恒定，即m Φ恒定。
转差频率控制策略是：利用测速环节得到转速ωU 与转速给定*ωU 、比较，限制输出频率，使转差率S U ω (即S ω)不太大；控制定子电流1I ，使得励磁电流m I 保持恒定；这时控制s ω实现调速。
系统原理图如图2-l 所示。
图2-l 转差频率控制变频调速系统原理图从图2-1可知．系统由速度调节器、电流调节器、函数发生器、加法器，整流与逆变电路，PWM 控制电路，异步电动机及测量电路等组成，其中异步电动机由SPWM 控制逆变器供电。
转速调节器ASR 的输出是转差频率给定值ωU ,表转矩给定。
函数发生器输入转差频率产生*1i U 。
转速闭环转差频率控制的原理
转速闭环转差频率控制的原理
转速闭环转差频率控制是一种用于控制电机转速的技术。
该控制技术可以实现在变速范围内保持电机转速不变的目的。
转差频率控制是指电机运行过程中，由于负载变化或工作环境变化而导致转速波动的现象。
通过转差频率控制，可以降低电机在运行过程中转速波动的频率，来达到稳定、高效的运行状态。
转速闭环控制是指电机在运行过程中通过调节电机转速控制器，将实际转速与设定转速进行比较，并根据比较结果控制电机转速，以实现转速的稳定控制。
转速闭环转差频率控制的原理是将转速闭环控制与转差频率控制相结合，通过调节电机转速控制器来实现电机转速的稳定控制，并通过调节转差频率控制器来降低电机运行过程中转速波动的频率，从而实现电机的高效稳定运行。
具体实现过程中，需要通过硬件电路和软件算法来实现控制，包括电机转速测量、转速闭环控制、转差频率测量和控制等。
在实际应用中，转速闭环转差频率控制技术被广泛应用于各种电机控制系统，如风电、水泵、压缩机、输送机等领域。
电流源型转差频率控制的闭环调速控制系统设计概述
1 23n p 「2 R r(1-1)将 E g =4.44f 1N s k Ns 爲1 .= 4,44—-N s k Ns m[N s k Ns'm 代入上式得第1章课程设计方案的选择1.1概述现代工业控制一般采用平滑调速，不能满足控制要求。
为了提高系统的静动态性能 首先采用转差反馈的闭环控制，要提高控制系统的先进性，就得使用转差频率闭环控制 系统。
变频器的作用主要是：节能和调速，并能实现自动控制程高精度控制。
变频器是利 用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置变频器实际上就是一个逆变器。
它首先是将交流电变为直流电，然后用电子元件对 直流电进行开关，变为交流电。
一般功率较大的变频器用可控硅，并设一个可调频率的 装置，使频率在一定范围内可调。
用来控制电机的转数，使转数在一定的范围内可调。
变频器广泛用于交流电机的调速中，变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向， 随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。
变频器不仅调速 平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显。
因此，交流变频 调速已逐渐取代了过去的传统滑差调速、变极调速、直流调速等调速系统，越来越广泛 的应用于冶金、纺织、印染、烟机生产线及楼宇、供水空调等领域 1.2转差频率控制的基本概念直流电动机的转矩与电枢电流成正比，控制电流就能控制转矩。
因此，转速调节器 的输出信号当作电流给定信号，也就是转矩给定信号。
在交流异步电动机中，影响转矩的因素较多，控制异步电动机转矩的问题也比较复 杂。
在恒控制时的电磁转矩公式322 A. 2 S ㊂ 1 R rT^2n pN s k N/mR r 2s 2.!2L ；当电机稳态运行时，S 值很小，因而.s 也很小，只有■!的百分之几，可以认为•，s L|r ：：：：：： Rr，则转矩可近似表示为T e :心；？（1-4）R r在S 值很小的稳态运行范围内，如果能够保持气隙磁通 爲不变，异步电动机的转矩就近似与转差角频率's 成正比。
第三章交流电机矢量控制-转差频率控制系统和各种矢量控制方法
转差频率控制系统构成
转差频率控制系统
转差频率控制系统
转差频率控制系统
转差频率控制系统的特点:
优点: 采用转速闭环; 在动态过程中,转速调节器饱和,系 统快速性好. 缺点:
1. 控制规律是从电机稳态电路和稳态转矩公式出发. 2. 不能保持磁通恒定.
四、几种典型异步电机矢量控制
原理
异步电机数学模型
一般对三相异步电机做如下理想化假定：
（1）电机定转子三相绕组完全对称；
（2）定转子表面光滑，无齿槽效应，定转子 每相气隙磁动势在空间呈正弦分布；
（3）磁饱和、涡流及铁心损耗忽略不计。
对异步电机而言
urd = urq = 0
T
TL
J
d
dt
(一)转子磁场定向矢量控制原理
d-q坐标系放在同步旋转磁场上，把静 止坐标系中的各交流量转化为旋转坐标 系中的直流量，并使d轴与转子磁场方 向重合，此时转子磁通q轴分量为零 （Ψrq = 0 ）。此时，派克方程可表示 为
L i L i ( 1 p ) ( 1 p )
r sd
r ssdslrssq
Li 0 ( )
sl r sd
s sd
T pi em n sd sq
从上面的式子（4-29）可以看出，如果
保持定子磁通
矩控制
磁场定向的矢量控制方法应运而生。
这种控制方法是将参考坐标的d轴放在定子磁场 方向上，此时，定子磁通的q轴分量为零，也就 是
0 sq
这样只要将上面的条件代入到前面的电机 模型中，就可得到定子磁场定向的矢量控制 方程。
u Ri p
sd s sd
sd
u Ri sq s sq s sd
转差频率控制
根据起动转矩倍数确定最大转差频率，然
后，由最大转差频率求得过流倍数，并由此 确定变频器主回路的容量。
4转差频率控制系统的特点
转差频率控制系统突出的特点或优点 转差角频率与实测转速相加后得到定子频 率。在调速过程中，实际频率随着实际转速 同步地上升或下降，加、减速平滑。 在动态过程中转速调节器 ASR 饱和，系统 以对应于最大转差频率的最大转矩起、制动， 并限制了最大电流，保证了在允许条件下的 快速性。
4 转差频率控制系统的特点
转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速
系统的性能还不能完全达到直流双闭环系统 的水平，其原因如下： （1）转差频率控制系统是基于异步电动机稳 态模型的，所谓的“保持磁通恒定”的结论 也只在稳态情况下才能成立。在动态中难以 保持磁通恒定，这将影响到系统的动态性能。
4转差频率控制系统的特点
电力拖动自动控制系统 —运动控制系 统
基于稳态模型的异 步电动机调速系统
转速闭环转差频率控制的变压变 频调速系统
转速开环变频调速系统可以满足平滑调速
的要求，但静、动态性能不够理想。 采用转速闭环控制可提高静、动态性能， 实现稳态无静差。 需增加转速传感器、相应的检测电路和测 速软件等。 转速闭环转差频率控制的变压变频调速是 基于异步电动机稳态模型的转速闭环控制 系统。
' 1
*
' s
Te T TL
' L
1 s
起动过程
图5-45 转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统静态特性
3 最大转差频率的计算
从理论上说，只要使系统最大的允许转差
频率小于临界转差频率， Rr s max sm Llr 就可使系统稳定运行，并通过转差频率来 控制电磁转矩。
2-5转差频率控制
采用转差频率控制方式进需要检测电动机的实际转速， 所以需要在异步电动机轴上安装速度传感器
加减速特性比开环的U/f获得提高，过电流的限制效 果也更好
f1 fs fn
变频器输出频率 （定子电压频率）
根据E/f控制基础上，只要 在异步电动机安装测速发 电机等速度检测器可以得 出fn
转差频率
电动机实际 转速作为同 步转速时的
电源频率
根据希望得到的转矩调节变 频器的输出频率，就可以输 出电动机具有设定的转差频 率，即使电动机具有所需的
输出转矩
控制电动机的转差频率可达到控制电动机转子电流的目的
(2fs L2 )2
从1-2-9 可知
T
mp
4
(
E1Leabharlann )2 f1 r2 2
f s r2
(2fs L2 )2
电动机的转矩基本上与转差成正比
即对E1/f1控制的基础上，只要对电动机的转差频率fs进行控制， 就可达到控制电动机输出转矩的目的
对于异步电动机
转差频率控制
转差频率控制基本原理
r1
x1
I1 U1
r2'
x
' 2
I0
'
E
rm
I
2
1 s
s
r2'
xm
fs sf
I2
E
E
r2 s
2
(2fL2
)2
f
线电机PRT
线电机PRT目前还有一些国家在进行感应直线电机气垫轨道交通线路的设计，这种设计方案最早曾由莱斯维特研究过。
直线感应电机的最大缺点是功率因数与效率较低，如日本HSST低速磁悬浮列车的直线感应电机功率因数与效率均仅为64%，远低于德国和日本同步电机牵引的高速磁悬浮列车。
为了改善磁路，提高直线感应电机的功率因数与效率，在磁悬浮列车早期的试验中曾采用过双侧短定子直线感应电机，但由于其感应板必须垂直安放，占用空间较大，所以目前在轨道交通中基本不再采用。
目前包括我国在内的一些国家正在研究的高温超导磁悬浮列车，利用超导块材的完全抗磁性单独产生稳定的悬浮力（与El高速超导磁悬浮列车采用超导电机同时产生电动式磁悬浮与牵引力的原理完全不同）。
虽然驱动电机与磁悬浮是两套系统，但还是采用成本较低的直线感应电机。
中国科技论文在线http：//www. paper. edu. cn日本直线电机地铁技术问答和16 m的直线电机地铁车辆对应的隧道内径分别为斟技论文在线http：//www. paper. edu. cn都市快轨交通，第19~ #2~ 200674月《海夕~119~轨．．.______.■■■_--____.■■■____--..._■■-__%W_m∞∞Ⅻ㈣㈣㈣㈣‘j∞杨中平（北京交通大学北京100044）1系统总体问1．直线电机地铁的主要优点有哪些？(1)利用直线电机扁平形状的特点，可降低车辆地板高度，从而减小隧道断面积，节约建设成本；(2)直线电机牵引属非黏着驱动，列车爬坡道能力强；(3)直线电机属直接驱动方式，无需减速齿轮等驱动装置，易于采用径向转向架，列车过小半径曲线能力强；(4)以上(2)、(3)的优点，增加了线路选择的灵活性，可缩短线路建设长度，降低建设成本。
问2．直线电机地铁的主要缺点有哪些？(1)直线电机的效率和功率因数低，列车运行电能消耗较大；(2)由于直线电机垂向力的影响，对枕木、感应板的安装精度、直线电机定子支承机构的强度都提出更高要求；(3)车辆地板下的空间小，对装置的小型化要求高；(4)和旋转电机驱动方式的既有地铁无互换性。
电流频率(I-F)转换电路说明书
CFC ≈0.0 ≈0.0 ≈0.0 100%纯硬件设计 高 慢 采样、量化 TTL/HCMOS 脉冲
VFC ≠0.0 ≠0.0 ≠0.0 基于单片机和程序设计 中 等同于CFC 采样、量化 TTL/HCMOS脉冲
ADC ≠0.0 ≠0.0 ≠0.0 基于FPGA(或DSP)和程序设计 低 快 采样、量化、编码 数字信号
CFC
电流/频率（I建立在 PCB 上的一种专用电路，由各种各样的元器件和印制线组
成。CFC 基于电荷平衡原理，它能够将石英挠性加速度计的电流信号转换为成正比例的频率脉冲， 通过 FPGA 或者 DSP 可以很方便且容易地对频率脉冲在单位时间内进行计数，可以计算出各种零 位偏置和标度因数，采用某些专用方程式可以获得某个特定方向的加速度值。
3
特性和指标
转换通道数 输入电流范围(保证精度) 输入电流范围最大值 3 个(典型值)，或者用户自定义 ±5mA~±40mA，或者用户自定义 大于输入电流范围(保证精度)
CFC
输出频率范围 输出频率最大值 输出频率特性 0~256000 pulse/s 256000 pulse/s (占空比 ≈ 50%) 5V TTL，IOH(max) = -12mA，IOL(max) = 12mA 5V HCMOS，IOH(max) = -6mA，IOL(max) = 6mA 默认：低电平有效，有效电平宽度 ≈ 1.95μs 零位偏置(-40℃to +70℃) 零位偏置稳定性 (1σ，一次通电/逐日) 零位偏置温度漂移(-40℃to +70℃) ≈0.0 pulse/s (典型值)，≤0.1pulse/s (最大值) ≈0.0 pulse/s (典型值)，≤0.1pulse/s (最大值)，+25℃ ≈0.0 pulse/s (典型值)，≤0.1pulse/s (最大值) ≈24000 pulse/(s*mA)，输入范围±10mA 标度因数(正向，负向) 标度因数不对称性 正向标度因数非线性度 负向标度因数非线性度 标度因数温度系数(-40℃to +70℃) 标度因数稳定性(1σ，一次通电/逐日) 转换带宽 工作温度范围 直流电源电压及电流(模拟) 直流电源电压及电流(数字) 功耗 外形尺寸 输入/输出接口 ≈10000 pulse/(s*mA)，输入范围±25mA ≈6000 pulse/(s*mA)，输入范围±40mA ≤0.005% (典型值)，≤0.01% (最大值)，-40℃ to +70℃ ≤0.005% (典型值)，≤0.01% (最大值)，I≥0.5mA，1σ； ≤0.5pulse/s (典型值)，I <0.5mA；-40℃ to +70℃ ≤0.005% (典型值)，≤0.01% (最大值)，| I |≥0.5mA，1σ； ≤0.5pulse/s (典型值)，| I |<0.5mA；-40℃ to +70℃ ≤0.0003%/℃(典型值)，≤0.0005%/℃(最大值) ≤0.005%(典型值)，+25℃ ＞1kHz -40℃ to +70℃(典型值)，或者用户自定义 +(15±0.5)V or +(12±0.5)V，≤200mA，VP-P≤100mV -(15±0.5)V or -(12±0.5)V，≤200mA，VP-P≤100mV +(5±0.25)V，≤200mA，VP-P≤100mV 4W(典型值) ≥（60mm×60mm） ，或者用户自定义 高度≤16mm(PCB=2mm，元件面≤11mm，焊接面≤3mm) 电连接器，自由焊线，或者用户自定义
说明异步电动机转差频率控制的基本规律
说明异步电动机转差频率控制的基本规律异步电动机是一种常见的电动机类型，其转速和转矩通常通过改变电源的频率来实现。
在异步电动机中，转差频率控制是一种常用的控制方式，可以实现电机的精确控制和调节。
异步电动机的转差频率控制是通过改变电机供电频率来控制电机的转速和转矩。
在传统的电机控制中，通常使用定频供电，即电源的频率固定不变。
但是，通过改变电源的频率，可以改变电机的转速和转矩，从而实现对电机的精确控制。
转差频率控制的基本规律是，电机的转速和转矩与电源的频率成正比。
当电源的频率增加时，电机的转速也会增加；当电源的频率减小时，电机的转速也会减小。
同样地，电机的转矩也会随着电源频率的变化而变化。
这一基本规律可以通过电机的等效电路来解释。
在电机的等效电路中，电机的转速和转矩与电源的频率、电压和电流之间存在着一定的关系。
通过改变电源的频率，可以改变电机的等效电路参数，从而影响电机的转速和转矩。
除了改变电源的频率，还可以通过改变电源的电压来实现转差频率控制。
在转差频率控制中，电源的电压和频率通常同时改变，以保持电机的额定电压与频率之比不变。
这样可以避免因电压的改变而对电机产生不良影响。
转差频率控制在实际应用中具有广泛的用途。
例如，在工业生产中，通常需要对电机进行精确的控制和调节，以满足不同的工艺要求。
通过转差频率控制，可以实现电机的快速启动、平稳运行和精确控制，提高生产效率和产品质量。
转差频率控制还可以实现能源节约和环境保护。
通过合理控制电机的转速和转矩，可以降低电机的能耗，减少能源的浪费。
同时，转差频率控制还可以减少电机的噪音和振动，改善工作环境，保护环境和健康。
异步电动机转差频率控制是一种常用的电机控制方式，可以实现对电机的精确控制和调节。
通过改变电源的频率和电压，可以改变电机的转速和转矩，以满足不同的工艺要求。
转差频率控制在工业生产中具有广泛的应用，可以提高生产效率、节约能源和保护环境。
通过合理应用转差频率控制技术，可以实现电机控制的优化和智能化。
感应电动机转差频率控制系统的最优效率研究
０９ 言 １
感 应 电动 机 通 常 被 设 计 成 在 额 定 负 载 的 ７ ％ ０ 左右运 行效 率最 高 。然 而在 很 多工 况 下 ， 应 电动 感
时， 效率并不是时时最优的 。
２转差频率效率优化控 制
将感 应 电动机 在 同 步旋 转 坐标 系 下进 行 建模 ，
ｌｗ．Ｔ ｅ ｏ ｔ ｚ ｌ － ｒ ｑ ｅ ｃ ａ ｓ ｄ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｉ ｃ ｎ ｉ ｏ ．Ｔ ｅ ｓｉ ｏ ｈ ｐｉ ｅ ｓ ｐ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｗ ｓｕ ｅ ｏｉ ｒ ｖ ｈ ｓ ｏ ｄ ｔ ｎ ｈ ｌ ｍｉ ｉ ｉ ｐ￣ｅ ｕ ｎ ｙｗａ ｏ ｔ ｌ ｄ ａ ｉ ｅ ｅ ｔｌａ ｓｔ ｑ ｅ ｃ ｓｃ ｎｒ ｌ ｔ ｆ ｒ ｎ ｏ ｄ ｏ ｏｅ ｄｆ
Ｕ＝ ＋ ＋２ ｑＲ 景 ｒ ０
Ｔ ＝ ｏ Ｐ
（ ４ ）
１转 差频 率 控 制 系统
感 应 电动机 转差 频率 控制 系统是 在感应 电动机 变压 变频 （ Ｖ Ｆ 控 制系 统 的基 础 上加 上 转 速 闭环 ＶＶ ） 控制 ， 其控 制算法 核 心在于 电磁转 矩 近似公 式 ： Ｋ
ｍａ ｅ ｔ ｅｏ ｅ ａ ｉｎ ｅｆ ｉｎ ｙ ｏ ｔ ｚ ．Ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｈ ｒｄ ｔ ｎ ｌ ｌ ｋ ｈ ｐ ｒ ｔ ｆ ｃ ｅ ｃ ｐ ｉ ｅ ｏ ｉ ｍｉ ｏ ａ ｅ ｔ ｔ ｅ ｔ ｉ ｏ ａ ｉ ｈ ａ ｉ ｓ ｐ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎ ｒｌ ｈ ｉ ｌｔ ｇ ａ ｄ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｑ ｅ ｃ ｏ ｔｏ ，ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｘ ｅｉ ｎ ｎ
模 型关 系式 ：
Ｕ ＝Ｒ ＋ ｓ ＋０１ ） （） ２
（） ３
机处 于空 载或轻 载 运行 ， 采用 传 统 的控制 方 式 则 造
电流频率(I-F)转换电路
2
优势特点
对比电压/频率转换电路(VFC)和模数转换电路(ADC)，CFC 在转换电流信号方面能够获得更好
的精度，例如更好的零位偏置，更好的非线性度和更好的温度特性等。通过设计优化，CFC 各转换 通道之间的交叉干扰非常低。到目前为止，CFC 在制导、导航和控制等惯性领域发挥起越来越重要 的作用。
参数与项目 零位偏置 零位偏置稳定性 零位偏置温度漂移 温度补偿 转换精度(制导、导航、控制) 转换速度 转换入电流范围(保证精度) 输入电流范围最大值 3 个(典型值)，或者用户自定义 ±5mA~±40mA，或者用户自定义 大于输入电流范围(保证精度)
CFC
输出频率范围 输出频率最大值 输出频率特性 0~256000 pulse/s 256000 pulse/s (占空比 ≈ 50%) 5V TTL，IOH(max) = -12mA，IOL(max) = 12mA 5V HCMOS，IOH(max) = -6mA，IOL(max) = 6mA 默认：低电平有效，有效电平宽度 ≈ 1.95μs 零位偏置(-40℃to +70℃) 零位偏置稳定性 (1σ，一次通电/逐日) 零位偏置温度漂移(-40℃to +70℃) ≈0.0 pulse/s (典型值)，≤0.1pulse/s (最大值) ≈0.0 pulse/s (典型值)，≤0.1pulse/s (最大值)，+25℃ ≈0.0 pulse/s (典型值)，≤0.1pulse/s (最大值) ≈24000 pulse/(s*mA)，输入范围±10mA 标度因数(正向，负向) 标度因数不对称性 正向标度因数非线性度 负向标度因数非线性度 标度因数温度系数(-40℃to +70℃) 标度因数稳定性(1σ，一次通电/逐日) 转换带宽 工作温度范围 直流电源电压及电流(模拟) 直流电源电压及电流(数字) 功耗 外形尺寸 输入/输出接口 ≈10000 pulse/(s*mA)，输入范围±25mA ≈6000 pulse/(s*mA)，输入范围±40mA ≤0.005% (典型值)，≤0.01% (最大值)，-40℃ to +70℃ ≤0.005% (典型值)，≤0.01% (最大值)，I≥0.5mA，1σ； ≤0.5pulse/s (典型值)，I <0.5mA；-40℃ to +70℃ ≤0.005% (典型值)，≤0.01% (最大值)，| I |≥0.5mA，1σ； ≤0.5pulse/s (典型值)，| I |<0.5mA；-40℃ to +70℃ ≤0.0003%/℃(典型值)，≤0.0005%/℃(最大值) ≤0.005%(典型值)，+25℃ ＞1kHz -40℃ to +70℃(典型值)，或者用户自定义 +(15±0.5)V or +(12±0.5)V，≤200mA，VP-P≤100mV -(15±0.5)V or -(12±0.5)V，≤200mA，VP-P≤100mV +(5±0.25)V，≤200mA，VP-P≤100mV 4W(典型值) ≥（60mm×60mm） ，或者用户自定义 高度≤16mm(PCB=2mm，元件面≤11mm，焊接面≤3mm) 电连接器，自由焊线，或者用户自定义
直线异步电机(LIM)的控制特性
03
集成控制
集成控制技术将多个传感器、执行器和控制器集成到一个系统中，实现
更高效、紧凑和可靠的控制。集成控制有助于减少系统复杂性和成本，
提高整体性能。
电机设计的发展趋势
高效能设计
为了满足节能减排的需求，直线异步电机设计正朝着高效 能方向发展。通过优化电磁设计、采用新材料和先进的制 造工艺，提高电机的效率和使用寿命。
模块化设计
模块化设计使得电机的组装和维护更加方便快捷。通过将 电机组件划分为不同的模块，可以实现标准化生产和快速 定制，满足不同应用需求。
紧凑化设计
随着技术的进步和应用需求的多样化，直线异步电机的尺 寸和重量逐渐减小。紧凑化设计有助于减小设备体积，降 低成本，并提高其在有限空间内的适应性。
应用领域的发展趋势
工业自动化
直线异步电机在工业自动化领域的应用越来越广泛，如机器人、自动化生产线等。随着工 业4.0和智能制造的推进，LIM在工业自动化领域的需求将持续增长。
交通运输
直线异步电机在轨道交通、电动车辆等领域的应用逐渐增多。其高效能、紧凑性和可靠性 为交通运输行业带来新的发展机遇。
医疗器械
由于LIM的精确控制和低噪音等特点，其在医疗器械领域的应用逐渐受到关注。例如，在 手术机器人、精密定位系统和医用影像设备中的应用。
控制系统的组成
控制系统主要由控制器、功率驱动器 和直线异步电机组成。
直线异步电机作为执行机构，将电能 转换为机械能，实现直线运动。
控制器负责接收输入信号并生成控制 指令，功率驱动器根据控制指令调节 电机的输入电压或电流，以实现对电 机运动的精确控制。
控制方式的分类
1
直线异步电机的控制方式主要分为开环控制和闭 环控制两种。
电流的频率、振幅和周期
相同点：频率、 振幅和周期的变 化都会影响电流 的表现。
不同点：交流电 的频率、振幅和 周期变化更为复 杂，而直流电相 对较为简单。
电流频率：影响设备的响应速度和稳定性 电流振幅：决定设备的功率和信号强度 电流周期：影响设备的能耗和效率 综合影响：电流频率、振幅和周期共同决定了电子设备的性能和功能
电流振幅的变化会 影响电路中的电压 和电阻值
振幅过大会导致电 路短路或断路，损 坏电器元件
电流的振幅会影响 信号的传输质量， 导致通信或控制系 统的误码率增加
在音频电路中，电 流振幅的变化会影 响声音的响度和音 色
交流电的振幅：随时间 变化，通常在正弦波或 余弦波的上下限之间波 动
直流电的振幅：保持恒 定，不会随时间变化
电源的频率 电路的阻抗 负载的大小 导线长度和直径
交流电的频率通 常为50Hz或60Hz， 取决于不同国家 和地区的规定。
直流电的频率是 恒定的，为零赫 兹。
交流电的频率是 指电流每秒钟周 期性变化的次数，
定义：电流的 振幅是指电流 在一定时间内 变化的幅度， 通常用峰值或 有效值来表示。
定义：一个完整的 电流变化所需要的 时间
单位：秒（s）
与频率的关系：周 期等于频率的倒数
影响因素：电压、 电阻和电感等
时间单位：秒
频率单位：赫兹（Hz）
周期单位：秒
周期与频率互为倒数关系
电流周期会影响电路中的 电压和电感
电流周期的变化会导致电 路中的阻抗变化
电流周期与电路中的能量 传输有关
电流周期是影响电路稳定 性的重要因素之一
交流电周期：表示交流电在1秒内变化的次数，单位是赫兹（Hz） 直流电周期：表示直流电在1秒内保持不变的时间长度，通常为无穷大 周期与频率的关系：周期与频率互为倒数，即T=1/f 周期与波形的关系：周期决定了波形变化的快慢，周期越短，波形变化越快
转差频率控制的基本思想
转差频率控制的基本思想
转差频率控制是一种在交流电力系统中控制电力流动的方式，主要应用于高压直流输电和采用变流器的系统中。
其基本思想是通过改变交流电源和直流负载之间的电压频率差，来实现对电力的控制。
具体而言，转差频率控制是通过在交流直流转换装置中引入一个可调变频的交流电源来实现的。
通过调节这个交流电源的频率，可以改变交流电源和直流负载之间的电压频率差，进而调节电流和功率的传输。
例如，在高压直流输电系统中，通过控制换流器中的PWM逆变器的工作频率，可以调节直流侧电压和电流的大小，从而控制电力的输送。
转差频率控制的基本思想是通过调节频率差来实现对电力的控制，使得系统能够快速、准确地响应负载的变化，提高系统的可靠性和稳定性。
同时，转差频率控制还可以实现功率的双向流动，实现能量的传递和平衡。
需要注意的是，转差频率控制的具体实现方式和参数设置需要根据具体的应用场景和系统要求来确定，以确保系统的安全稳定运行。
磁浮直线感应电机的PI自适应电流可变转差频率鲁棒控制
磁浮直线感应电机的PI自适应电流可变转差频率鲁棒控制陈特放;邓江明;唐建湘;成庶;陈春阳【摘要】单边直线感应电机(Single-sided Linear Induction Motors,SLIMs)作为中低速磁悬浮列车的驱动装置,其推力和法向力的耦合控制特性以及系统的抗扰动能力,对于磁浮列车的牵引及悬浮系统动态运行极为重要.本文分别建立SLIM的最大推力点和法向力过零点的转差频率-电流控制模型,研究了将两者协同优化控制的变电流分段变转差频率(Variant-Current Variable Slip-Frequency,VCVSF)策略.建立了在稳态转差频率下的法向力控制电流与悬浮气隙的二维状态空间Popov超稳定模型,通过在线性环节增加前馈补偿器保证等价反馈系统严格正实,从而实现零点处法向力稳态振动的自收敛.实验研究验证了本文所提控制算法的有效性.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)007【总页数】9页(P154-162)【关键词】SLIM;推力法向力;变转差频率;Popov稳定;线性补偿控制【作者】陈特放;邓江明;唐建湘;成庶;陈春阳【作者单位】中南大学信息科学与工程学院长沙 410075;中南大学交通运输与工程学院长沙 410075;中南大学信息科学与工程学院长沙 410075;中南大学信息科学与工程学院长沙 410075;中南大学信息科学与工程学院长沙 410075;中南大学交通运输与工程学院长沙 410075【正文语种】中文【中图分类】TM359.41 引言单边直线感应电机（Single-sided Linear Induction Motor，SLIM）作为一种不经过中间传动装置，直接产生直线运动推力的具有优良控制性能的驱动设备，已经广泛应用于磁悬浮、地铁、工业机床、电动车门等领域[1]。
同时，因为SLIM 结构的特殊性，它初、次级是开断的，分别为:①短初级长次级结构应用于中低速控制领域，如日本的HSST—100L 磁浮系统，我国国防科大的CMS—04 试验线、唐山试验线、西南交通大学试车线[2]等；②长初级短次级结构应用于高速控制领域，如德国的TRANSRAPID 磁浮系统。
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3 受到速度检测信号精度及控制误差的限制 当转差频率确定后，在一段频率范围内，电机可 以实现恒转差频率恒电流运行。 当初级频率超过转折值后，由于电机的定子电压 不能再增高而电机阻抗随定子频率的增高而增大， 定子电流就不可能恒定。由于推力与定子电流的 平方成正比，推力将显著下降。 若增大转差频率，则减小了电机的输入阻抗，控制时，电机的转差 频率f2在不同的区域内有不同的变化规律
Fthrust(N)
300
250
200
150
100
50
Ft60A Ft50A Ft40A
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Vx(m/s)
11 12
F2=15Hz时推力随次级速度的变化曲线
青城山磁浮车LIM控制方式试验结果
400
300
200
Fthrust(N)
Caculated results Experimented results
开方
速度信号
电流指令
+
整流
速度
测速
LIM 电机次级
牵引时
f1 f 2 f r f 2 v x / 2 f1 f r f 2 vx / 2 f 2
再生制动时
系统由频率控制、电流控制二个部分组成 推力控制信号经过变换成为电流指令；实际的电机 电流与指令电流比较，决定是增大还是减小初级电 压：如果实际电流小于指令电流则增大初级电流、 反之则减。 电机电流反馈信号由传感器检测，经过整流与滤波 处理后送到PI调节器。 频率控制需要准确检测电机的运行速度。速度信号 经处理后，送转差频率函数发生单元。在转折点前 转差频率为常数；在转折点后转差率为常数。 电机初级频率为速度与转差频率相加（牵引）或相 减（再生）电压与频率信号送逆变器的 PWM单元， 产生相应的控制脉冲
电力牵引对推力-速度特性的要求
推力 垂 向 力 定子电压
定子电流
转差频率
转折速度
最大速度
在牵引时，需要在尽量短的时间内将磁浮车由静 止状态加速到高速状态，然后电机以恒功率运行
逆变器控制-电流转差频率控制方式
+ + + 再生 牵引 频率控制 PI调节 电压控制 电流检测 逆变器 及控制
F2 给定 推力 给定
100
slip
0 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
I1=60AF1=25Hz时推力实测值与理论计算值的比较
1 恒电流-恒滑差频率控制方式能够保证直 线感应电机产生恒定推力的同时使电机的法向 力被控制在预定的范围内 2 电机产生的推力和垂向力与定子电流的平 方成正比；而二者的大小还与滑差频率的取值 有关 3 系统存在一个最优的滑差频率值。当在该 值上运行时，可以确保直线电机产生的推力较 大而垂向力的波动在预定的范围内 4 采用恒电流恒滑差频率控制时,系统运行 正常，电流的正弦性好,牵引力\法向力均无波 动
青城山磁浮车LIM控制方式试验结果
Fnormal(N)
400 350 300 250 200 150 100 50
Fn60A Fn50A Fn45A Fn40A
Vx(m/s)
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
F2=5Hz时法向力随次级速度的变化曲线
青城山磁浮车LIM控制方式试验结果
青城山磁浮车LIM控制方式
速度反馈 牵引力给定
牵引/制动 I1 ia ib + F1 Σ U1 变 换 Σ F1
脉 宽 调 制 电 路
逆 变 器 主 电 路
该系统与上一个系统是相同的。它也由频率控制、 电流控制二个部分组成。在低速时采用恒电流、恒 转差控制；当逆变器电压满开放，电压不能再升高 时，采用恒转差率控制。电机牵引时转差频率发生 器的输出信号为正；再生时为负。 频率控制的规则是：牵引时电机初级频率为速度与 转差频率相加，再生时为相减 主要的功能单元是： PWM单元：产生电压与频率均可调的脉冲信号 电流调节器：在转折速度前，保持初级电流恒定 速度检测：电流转差控制的基础 转差频率函数发生器：牵引时为正值，再生为负
第 3节
LIM的电流-转差频率控制
从上节分析知，采用电流转差频率控制方式可有 效地控制推力并将电机的法向力控制在不大的数 值上。所以，磁浮车大多均采用这种控制方式 转差频率的确定是控制的关键 从推力速度特性曲线知，若用推力峰值附近的转 差频率值进行控制，可以使电机的推力最大。但 要受到如下因素的限制 1 垂向力的限制 2 受电机功率因数-效率乘积的限制。而这个参 数与变流器的容量、体积与重量相关