第5章-基于稳态模型的异步电动机调速系统概论课件

电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 运动控制系统运动控制系统第第5章章基于稳态模型的异基于稳态模型的异步电动机调速系统步电动机调速系统 电力拖动自动控制系统 运动控制系统第51基于稳态模型的异步电动机调速基于稳态模型的异步电动机调速在在基基于于稳稳态态模模型型的的异异步步电电动动机机调调速速系系统统中中，采采用用稳稳态态等等值值电电路路来来分分析析异异步步电电动动机机在在不不同同电电压压和和频频率率供供电电条条件件下下的的转转矩矩与与磁磁通通的的稳稳态态关关系系和和机机械械特特性性，并并在在此此基础上设计异步电动机调速系统。基础上设计异步电动机调速系统。基于稳态模型的异步电动机调速在基于稳态模型的异步电动机2基于稳态模型的调速方法基于稳态模型的调速方法l常常用用的的基基于于稳稳态态模模型型的的异异步步电电动动机机调调速速方方法法有有调调压压调调速速和和变变压压变变频频调调速两类。速两类。基于稳态模型的调速方法3内内 容容 提提 要要n异步电动机稳态数学模型和调速方法异步电动机稳态数学模型和调速方法n异步电动机调压调速异步电动机调压调速n异步电动机变压变频调速异步电动机变压变频调速n电力电子变压变频器电力电子变压变频器n转速开环变压变频调速系统转速开环变压变频调速系统n转转速速闭闭环环转转差差频频率率控控制制的的变变压压变变频频调调速速系统系统内 容 提 要异步电动机稳态数学模型和调速方法45.1 异步电动机稳态数学模异步电动机稳态数学模型和调速方法型和调速方法l异步电动机稳态数学模型包括异步电动机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，稳态等值电路和机械特性，两者既有联系，又有区别。又有区别。稳态等值电路描述了在一定的转差率稳态等值电路描述了在一定的转差率s下电动机的稳态电气特性。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（或机械特性则表征了转矩与转差率（或转速）的稳态关系。转速）的稳态关系。5.1 异步电动机稳态数学模型和调速方法异步电动机稳态数学模55.1.1异步电动机稳态数学模型异步电动机稳态数学模型l转差率与转速的关系转差率与转速的关系或或 电动机极对数电动机极对数 供电电源频率供电电源频率 l同步转速同步转速 5.1.1异步电动机稳态数学模型转差率与转速的关系或 电动机6异步电动机稳态等效电路异步电动机稳态等效电路图图5-1 异步电动机异步电动机T型等效电路型等效电路假定条件：假定条件：忽略空间和时间谐波，忽略空间和时间谐波，忽略磁饱和，忽略磁饱和，忽略铁损忽略铁损异步电动机稳态等效电路图5-1 异步电动机T型等效电路假7异步电动机稳态等效电路异步电动机稳态等效电路式中式中 l转子相电流（折合到定子侧）转子相电流（折合到定子侧）异步电动机稳态等效电路式中 转子相电流（折合到定子侧）8异步电动机稳态等效电路异步电动机稳态等效电路图图5-2 异步电动机简化等效电路异步电动机简化等效电路忽略励磁电流忽略励磁电流异步电动机稳态等效电路图5-2 异步电动机简化等效电路忽略9异步电动机稳态等效电路异步电动机稳态等效电路l简化等效电路的相电流简化等效电路的相电流异步电动机稳态等效电路简化等效电路的相电流10异步电动机的电磁功率异步电动机的电磁功率 异步电动机将电能转换成机械能及中间的一切损耗过程如下：输入电动机的三相总功率：p1=3U1I1COS1；U1和I1为相电压和相电流。定子绕组中的铜损耗：pCu1=3I12r1；r1为定子每相电阻。定子绕组中的铁芯损耗为pFe；则传送到转子的电磁功率Pm为：Pm=P1-(PCu1+PFe)异步电动机的电磁功率 异步电动机将电能转换成机械能及中间11转子绕组中的铜损耗：pCu=3I2r；r为转子每相电阻。因为转子交变磁化的频率f2=Sf1很小，转子的铁损耗也很小，所以可以忽略不计。转子的机械功率Pmech，即旋转着的转子产生的功率是由定子传输到转子的电磁功率Pm减去转子绕组的铜损耗pCu得到的，即：Pmech=Pm-pCu 电磁功率可用磁场旋转的角速度1=(2n1)/60与单位为牛顿米(Nm)的电磁力矩来表示：转子绕组中的铜损耗：12Pm=1T 这个功率传到转子。由于作用在转子上的力矩(转矩)和作用在定子上的力矩(转矩)是相等的，所以转子给出的全部机械功率为：Pmech=T；=(2n)/60，为转子旋转的角速度。非常明显：pCu=3I2rPm-Pmech=(1-)T =(1-)/1T1=sPm。所以：Pm=3I2r/s。Pm=1T 这个功率传到转子。13异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性l异步电动机传递的电磁功率异步电动机传递的电磁功率 l机械同步角速度机械同步角速度 异步电动机的机械特性异步电动机传递的电磁功率 机械同步角速度14异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性l异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式）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）15异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性对对s求导，并令求导，并令 l最大转矩，又称临界转矩最大转矩，又称临界转矩 异步电动机的机械特性对s求导，并令 最大转矩，又称临界转矩 16异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性l临界转差率：对应最大转矩的转差率临界转差率：对应最大转矩的转差率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17异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性将机械特性方程式分母展开将机械特性方程式分母展开异步电动机的机械特性将机械特性方程式分母展开18异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性当当s很小时，忽略分母中含很小时，忽略分母中含s各项各项l转矩近似与转矩近似与s成正比，机械特性近似为直成正比，机械特性近似为直线线 异步电动机的机械特性当s很小时，忽略分母中含s各项转矩近似与19异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性当当s较大时，忽略分母中较大时，忽略分母中s的一次项和零次项的一次项和零次项l转矩近似与转矩近似与s成反比，机械特性是一段双曲成反比，机械特性是一段双曲线线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20异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性图图5-3 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性图5-3 异步电动机的机械特性215.1.2异步电动机的调速方异步电动机的调速方法与气隙磁通法与气隙磁通l异步电动机的调速方法异步电动机的调速方法 异步电动机由额定电压、额定频率供电，异步电动机由额定电压、额定频率供电，且无外加电阻和电抗时的机械特性方程式，且无外加电阻和电抗时的机械特性方程式，称作固有特性或自然特性。称作固有特性或自然特性。所谓调速，就是人为地改变机械特性所谓调速，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，以达到调特性，工作在人为机械特性上，以达到调速的目的。速的目的。5.1.2异步电动机的调速方法与气隙磁通异步电动机的调速方法22异步电动机的调速方法异步电动机的调速方法由异步电动机的机械特性方程式由异步电动机的机械特性方程式可知，能够改变的参数可分为可知，能够改变的参数可分为3类：类：电电动动机机参参数数、电电源源电电压压和和电电源源频频率率（或或角角频频率）。率）。异步电动机的调速方法由异步电动机的机械特性方程式可知，能够改23异步电动机的气隙磁通异步电动机的气隙磁通l三相异步电动机定子每相电动势的有效值三相异步电动机定子每相电动势的有效值忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降异步电动机的气隙磁通三相异步电动机定子每相电动势的有效值忽略24异步电动机的气隙磁通异步电动机的气隙磁通l气隙磁通气隙磁通 l为了保持气隙磁通恒定，应使为了保持气隙磁通恒定，应使 或近似为或近似为 异步电动机的气隙磁通气隙磁通 为了保持气隙磁通恒定，应使 255.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速l保保持持电电源源频频率率为为额额定定频频率率不不变变，只只改改变定子电压的调速方法称作调压调速。变定子电压的调速方法称作调压调速。l由由于于受受电电动动机机绝绝缘缘和和磁磁路路饱饱和和的的限限制制，定定子子电电压压的的额额定定电电压压只只能能降降低低，不不能能升高，故又称作降压调速。升高，故又称作降压调速。5.2 异步电动机调压调速保持电源频率为额定频率不变，只改26异步电动机调压调速异步电动机调压调速l调调压压调调速速的的基基本本特特征征：电电动动机机同同步步转转速速保保持额定值不变持额定值不变 l气隙磁通气隙磁通 随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。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27异步电动机调压调速方案异步电动机调压调速方案n晶闸管交流调压器：晶闸管交流调压器：在恒定交流电源与电动机之间接入晶闸管，通过控制晶闸管的导通角，可以调节电动机的端电压，从而实现调速。n交流调压器与可控整流器一样都是利用相位控制，在工作原理上有其相似之处，只是在带交流电机负载的波形分析、双向晶闸管的触发控制等有其特殊性。异步电动机调压调速方案晶闸管交流调压器：在恒定交流电源与电动285.2.1 异步电动机调压调速的异步电动机调压调速的主电路主电路图图5-4 晶闸管交流调压器调速晶闸管交流调压器调速TVC双双向晶闸管向晶闸管交流调压交流调压器器a)不可逆不可逆电路电路b)可逆电可逆电路路5.2.1 异步电动机调压调速的主电路图5-4 晶闸管交295.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性可调可调 l调压调速的机械特性表达式调压调速的机械特性表达式l电磁转矩与定子电压的平方成正比电磁转矩与定子电压的平方成正比 5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性可调 调压调速的机305.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性而根据临界转差率表达式，调压时其值而根据临界转差率表达式，调压时其值也保持不变也保持不变 当当Te=0时,s=0,故故调调压压时时理理想想空空载载转转 速保持为同步转速不变。速保持为同步转速不变。5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性而根据临界转差率表315.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性l而临界转矩的变化而临界转矩的变化 l 随定子电压的减小而成平方比地下随定子电压的减小而成平方比地下降降5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性而临界转矩的变化 325.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性图图5-5 异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性图5-5 异步电335.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性l带恒转矩负载时，普通笼型异步电动机降带恒转矩负载时，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为压调速时的稳定工作范围为 调速范围有限，图中调速范围有限，图中A、B、C为恒转矩负载为恒转矩负载在不同电压时的稳定工作点。在不同电压时的稳定工作点。l带风机类负载运行，调速范围可以稍大一带风机类负载运行，调速范围可以稍大一些，图中些，图中D、E、F为风机类负载在不同电压为风机类负载在不同电压时的稳定工作点。时的稳定工作点。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345.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁功率磁功率故电磁功率恒定不变，与转速无关。故电磁功率恒定不变，与转速无关。均为常数均为常数 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355.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性l转差功率转差功率 随着转差率的加大而增加。随着转差率的加大而增加。l带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转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。差功率、减小输出功率来换取转速的降低。l增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，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。这就是转差功率消耗型的由来。5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性转差功率 随着转差365.2.2 异步电动机调压调速异步电动机调压调速的机械特性的机械特性l如果增加转子电阻值，可使临界转差率 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。l缺点是机械特性较软。图图5-6 高转子电阻电动机高转子电阻电动机（交流力矩电动机）在不（交流力矩电动机）在不同电压下的机械特性同电压下的机械特性5.2.2 异步电动机调压调速的机械特性如果增加转子电阻值375.2.3 闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统l采用普通异步电动机降压调速时，调速范围很小；采用高转子电阻电机可以增大调速范围，但机械特性变软，开环控制很难解决这个矛盾。如果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。图图5-7 带转速负反馈闭环控带转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统制的交流调压调速系统 5.2.3 闭环控制的调压调速系统采用普通异步电动机降压调速385.2.3 闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统当系统带负载稳定运行于点时，如果负载增大引起转速下降，反馈控制作用会自动提高定子电压，使闭环系统工作在新的A点上。同理，当负载减小时，反馈控制作用会降低定子电压，使闭环系统工作在A点上。所以，无论转速下降或上升，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。按照反馈控制规律，将稳定工作点连接起来便是闭环系统的静特性。5.2.3 闭环控制的调压调速系统当系统带负载稳定运行395.2.3 闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统l静特性左右两边都有极限，它们是额定电压下的机械特性和最小输出电压下的机械特性。当负载变化时，如果电压调节到极限，闭环系统便失去控制能力，系统的工作点沿着极限开环特性变化。图图5-8 转速闭环控制的交流转速闭环控制的交流调压调速系统静特性调压调速系统静特性5.2.3 闭环控制的调压调速系统静特性左右两边都有极限，它40*5.2.4降压控制应用降压控制应用l三相异步电动机直接接电网起动时，起动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。电流比较大，而起动转矩并不大。*5.2.4降压控制应用三相异步电动机直接接电网起动时，起动41*5.2.4降压控制应用降压控制应用l中、大容量电动机的起动电流大，会使电中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降过大，影响其它用电设备的正常运网压降过大，影响其它用电设备的正常运行，甚至使该电动机本身根本起动不起来。行，甚至使该电动机本身根本起动不起来。l必须采取措施来降低其起动电流，常用的必须采取措施来降低其起动电流，常用的办法是降压起动。办法是降压起动。*5.2.4降压控制应用42*软起动器软起动器l当电压降低时，起动电流将随电压成正比当电压降低时，起动电流将随电压成正比地降低，从而可以避开起动电流冲击的高地降低，从而可以避开起动电流冲击的高峰。峰。l起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小将比起动电流的降低更多，降压起的减小将比起动电流的降低更多，降压起动时又会出现起动转矩不够的问题。动时又会出现起动转矩不够的问题。l降压起动只适用于中、大容量电动机空载降压起动只适用于中、大容量电动机空载（或轻载）起动的场合。（或轻载）起动的场合。*软起动器当电压降低时，起动电流将随电压成正比地降低，从而可43*5.2.4降压控制应用降压控制应用l三相异步电动机运行时的总损耗三相异步电动机运行时的总损耗 l电机的运行效率电机的运行效率*5.2.4降压控制应用三相异步电动机运行时的总损耗 电机的44*轻载降压运行轻载降压运行l为为了了减减少少轻轻载载时时的的能能量量损损耗耗，降降低低定定子子电电压压可可以以降降低低气气隙隙磁磁通通，这这样样可可以以同同时时降降低低铁损和励磁电流。铁损和励磁电流。l过过分分降降低低电电压压和和磁磁通通，转转子子电电流流必必然然增增大大，定定子子电电流流反反而而可可能能增增加加，铁铁损损的的降降低低将将被被铜损的增加填补，效率反而更差了。铜损的增加填补，效率反而更差了。l当当负负载载转转矩矩一一定定时时，轻轻载载降降压压运运行行有有一一个个最佳电压值，此时效率最高。最佳电压值，此时效率最高。*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455.3 异步电动机变压变频调速异步电动机变压变频调速l变压变频调速是改变异步电动机同步转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的一种调速方法，同步转速随频率而变化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465.3.1 变压变频调速的基本原理变压变频调速的基本原理l异步电动机的实际转速异步电动机的实际转速 l稳态速降稳态速降 随负载大小变化随负载大小变化 5.3.1 变压变频调速的基本原理异步电动机的实际转速 稳47气隙磁通气隙磁通控制控制l只要控制好只要控制好Eg和和f1，即，即便可到达控制气隙磁通便可到达控制气隙磁通m m的目的。的目的。气隙磁通控制只要控制好Eg和f1，即便可到达控制气隙磁通m48基频以下调速基频以下调速 l当异步电动机在基频（额定频率）以下运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，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。严重时还会因绕组过热而损坏电机。l最好是保持每极磁通量为额定值不变。最好是保持每极磁通量为额定值不变。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49基频以下调速基频以下调速 l当频率从额定值向下调节时，必须使当频率从额定值向下调节时，必须使 l即在基频以下应采用电动势频率比为恒即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。然而，异步电动机绕组中值的控制方式。然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。实际的电动势是难以直接检测与控制的。实际中，采用恒压频比控制。中，采用恒压频比控制。基频以下调速 当频率从额定值向下调节时，必须使 即在基频以下50基频以下调速基频以下调速 l恒压频比的控制方式恒压频比的控制方式 当电动势值较高时，即高频时，忽略定子当电动势值较高时，即高频时，忽略定子电阻和漏感压降，电阻和漏感压降，基频以下调速 恒压频比的控制方式51基频以下调速基频以下调速 l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。基频以下调速 低频补偿（低频转矩提升）52基频以下调速基频以下调速 l通常在控制软通常在控制软件中备有不同件中备有不同斜率的补偿特斜率的补偿特性，以供用户性，以供用户选择。选择。a无补偿无补偿 b带定子带定子电压补偿电压补偿图图5-9 恒压频比控制特性恒压频比控制特性基频以下调速 通常在控制软件中备有不同斜率的补偿特性，以供用53基频以上调速基频以上调速 l在基频以上调速时，频率从额定值向上升高时，受到电机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变。l这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。基频以上调速 在基频以上调速时，频率从额定值向上升高时，受到54变压变频调速变压变频调速 图图5-10 异步电动机变压变频调速的控制特性异步电动机变压变频调速的控制特性变压变频调速 图5-10 异步电动机变压变频调速的控制特性555.3.2 变压变频调速时的机械变压变频调速时的机械特性特性l基频以下采用恒压频比控制基频以下采用恒压频比控制 异步电动机机械特性方程式改写为异步电动机机械特性方程式改写为5.3.2 变压变频调速时的机械特性基频以下采用恒压频比控56基频以下调速基频以下调速l当当s很很小小时时，忽忽略略上上式式分分母母中中含含s各各项项，即即或或 基频以下调速当s很小时，忽略上式分母中含s各项，即或 57基频以下调速基频以下调速l对对于于同同一一转转矩矩，当当(Us/1)为恒值时，转速降落基本不变，即转速降落基本不变，即也就是说，在恒压频比的条件下把频率从额定值向下调节时，机械特性基本上是平行下移的。基频以下调速对于同一转矩，当(Us/1)为恒值时，转速降落58基频以下调速基频以下调速l临界转矩临界转矩 随着频率的降低而减小。当频率较低时，电随着频率的降低而减小。当频率较低时，电动机带载能力减弱，采用低频定子压降补偿，动机带载能力减弱，采用低频定子压降补偿，适当地提高电压，可以增强带载能力。适当地提高电压，可以增强带载能力。基频以下调速临界转矩 随着频率的降低而减小。当频率较低时，电59基频以下调速基频以下调速l转差功率转差功率 与转速无关，故称作转差功率不变型。基频以下调速转差功率 与转速无关，故称作转差功率不变型。60基频以上调速基频以上调速l电电压压不不能能从从额额定定值值再再向向上上提提高高，只只能能保持不变，机械特性方程式可写成保持不变，机械特性方程式可写成l临界转矩表达式临界转矩表达式 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61基频以上调速基频以上调速l临界转差临界转差 l当当s很小时，忽略上式分母中含很小时，忽略上式分母中含s各项各项 或或基频以上调速临界转差 当s很小时，忽略上式分母中含s各项 或62基频以上调速基频以上调速l带负载时的转速降落带负载时的转速降落 l对对于于相相同同的的电电磁磁转转矩矩，角角频频率率越越大大，转转速速降降落落越越大大，机机械械特特性性越越软软，与与直直流流电电动动机机弱弱磁调速相似。磁调速相似。基频以上调速带负载时的转速降落 对于相同的电磁转矩，角频率越63基频以上调速基频以上调速l转差功率转差功率 l带恒功率负载运行时带恒功率负载运行时转差功率基本不变。转差功率基本不变。基频以上调速转差功率 带恒功率负载运行时转差功率基本不变。64变压变频调速时的机械特性变压变频调速时的机械特性图图5-11 异步电动机变压变频调速机械特性异步电动机变压变频调速机械特性变压变频调速时的机械特性图5-11 异步电动机变压变频调速机65变压变频调速变压变频调速l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。l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。变压变频调速在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属665.3.3 基频以下电压补偿控制基频以下电压补偿控制 l在基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点。l但负载变化时定子压降不同，将导致磁通改变，须采用定子电压补偿控制。l根据定子电流的大小改变定子电压，以保持磁通恒定。5.3.3 基频以下电压补偿控制 在基频以下运行时，采用恒675.3.3 基频以下电压补偿控制基频以下电压补偿控制 l为为了了使使参参考考极极性性与与电电动动状状态态下下的的实实际际极极性性相相吻吻合合，感感应应电电动动势势采采用用电电压压降降的的表表示示方方法法，由由高高电电位位指向低电位。指向低电位。图图5-12 异步电动机等值电路和感应电动势异步电动机等值电路和感应电动势5.3.3 基频以下电压补偿控制 为了使参考极性与电动状态68三种磁通三种磁通l气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势 l定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势 l转子全磁通在转子每相绕组中的感应电动势转子全磁通在转子每相绕组中的感应电动势 三种磁通气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势 定子全磁通在定69恒定子磁通控制恒定子磁通控制 l保持定子磁通恒定：保持定子磁通恒定：定定子子电电动动势势不不好好直直接接控控制制，能能够够直直接接控控制制的只有定子电压，按的只有定子电压，按l通通过过提提高高定定子子端端电电压压，适适当当地地补补偿偿定定子子电电阻阻压压降降，以以保保持持(Es/f1)=常常值值，就就能能够够得得到恒定子磁通。到恒定子磁通。常值常值恒定子磁通控制 保持定子磁通恒定：定子电动势不70恒定子磁通控制的机械特性恒定子磁通控制的机械特性 l忽略励磁电流，转子电流忽略励磁电流，转子电流l电磁转矩电磁转矩 恒定子磁通控制的机械特性 忽略励磁电流，转子电流电磁转矩 71恒定子磁通控制的机械特性恒定子磁通控制的机械特性 恒压频比控制时的转矩式恒压频比控制时的转矩式 两两式式相相比比可可知知，恒恒定定子子磁磁通通控控制制时时转转矩矩表表达达式式的分母小于恒压频比控制特性中的同类项。的分母小于恒压频比控制特性中的同类项。l当当转转差差率率s相相同同时时，采采用用恒恒定定子子磁磁通通控控制制方方式式的电磁转矩大于恒压频比控制方式。的电磁转矩大于恒压频比控制方式。恒定子磁通控制的机械特性 恒压频比控制时的转矩式 两式相比72恒定子磁通控制的机械特性恒定子磁通控制的机械特性 l临界转差率临界转差率 l临界转矩临界转矩 频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变不变。恒定子磁通控制的机械特性 临界转差率 临界转矩 频率变化时，73恒定子磁通控制恒定子磁通控制 比较可知比较可知n恒定子磁通控制的临界转差率大恒定子磁通控制的临界转差率大于恒压频比控制方式。于恒压频比控制方式。n恒定子磁通控制的临界转矩也大恒定子磁通控制的临界转矩也大于恒压频比控制方式。于恒压频比控制方式。n恒定子磁通恒定子磁通msms控制的机械特性如控制的机械特性如图图5-13b5-13b所示。所示。恒定子磁通控制 比较可知74恒气隙磁通控制恒气隙磁通控制 l保持气隙磁通恒定：保持气隙磁通恒定：l定子电压定子电压l除除了了补补偿偿定定子子电电阻阻压压降降外外，还还应应补补偿偿定定子子漏抗压降。漏抗压降。常值常值恒气隙磁通控制 保持气隙磁通恒定：定子电压除了补偿定子电阻75恒气隙磁通控制的机械特性恒气隙磁通控制的机械特性 l转子电流转子电流l电磁转矩电磁转矩 恒气隙磁通控制的机械特性 转子电流电磁转矩 76恒气隙磁通控制的机械特性恒气隙磁通控制的机械特性 l临界转差率临界转差率 l临界转矩临界转矩 l与恒定子磁通控制方式相比较，恒气隙磁通与恒定子磁通控制方式相比较，恒气隙磁通控制方式的临界转差率和临界转矩更大，机械控制方式的临界转差率和临界转矩更大，机械特性更硬。机械特性如图特性更硬。机械特性如图5-13c所示。所示。恒气隙磁通控制的机械特性 临界转差率 临界转矩 与恒定子磁通77恒转子磁通控制恒转子磁通控制 l保持转子磁通恒定：保持转子磁通恒定：l定子电压定子电压l除除了了补补偿偿定定子子电电阻阻压压降降外外，还还应应补补偿偿定定子子和转子漏抗压降。和转子漏抗压降。常值常值恒转子磁通控制 保持转子磁通恒定：定子电压除了补偿定子电阻78恒转子磁通控制的机械特性恒转子磁通控制的机械特性 l转子电流转子电流l电磁转矩电磁转矩 恒转子磁通控制的机械特性 转子电流电磁转矩 79恒转子磁通控制的机械特性恒转子磁通控制的机械特性 l机机械械特特性性完完全全是是一一条条直直线线，可可以以获获得得和和直直流流电电动动机机一一样样的的线线性性机机械械特特性性，这这正正是是高高性性能能交交流流变变频频调调速速所所要要求求的的稳稳态态性性能能。机机械械特特性性如如图图5-13d所示。所示。恒转子磁通控制的机械特性 机械特性完全是一条直线，可以获得和80不同控制方式下的机械特性不同控制方式下的机械特性 图图5-13 异步电动机在不同控制方式下的机械特性异步电动机在不同控制方式下的机械特性a）恒压频比控制）恒压频比控制b）恒定子磁通控）恒定子磁通控制制c）恒气隙磁通控）恒气隙磁通控制制 d）恒转子磁通控）恒转子磁通控制制不同控制方式下的机械特性 图5-13 异步电动机在不同控制81不同控制方式的比较不同控制方式的比较 l恒压频比控制最容易实现，它的变频机械恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。不同控制方式的比较 恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性82不同控制方式下的比较不同控制方式下的比较l恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。杂一些。l恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然改善了低速性能。但机械特性还是非线性改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。的，仍受到临界转矩的限制。l恒转子磁通控制方式可以获得和直流他励恒转子磁通控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。电动机一样的线性机械特性，性能最佳。不同控制方式下的比较恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制835.4 电力电子变压变频器电力电子变压变频器l现有的交流供电电源都是恒压恒频的，必须通过变频装置，才能获得变压变频的电源，这样的装置通称为变压变频装置(VVVF)。l异步电动机变频调速需要电压与频率均可调的交流电源，常用的交流可调电源是由电力电子器件构成的静止式功率变换器，一般称为变频器。5.4 电力电子变压变频器现有的交流供电电源都是恒压恒频的，845.4 电力电子变压变频器电力电子变压变频器l交-直-交变频器：先将恒压恒频的交流电整成直流，再将直流电逆变成电压与频率均为可调的交流，称作间接变频。l交-交变频器：将恒压恒频的交流电直接变换为电压与频率均为可调的交流电，无需中间直流环节，称作直接变频。5.4 电力电子变压变频器交-直-交变频器：先将恒压恒频的交855.4 电力电子变压变频器电力电子变压变频器图图5-14 变频器结构示意图变频器结构示意图a）交）交-直直-交变频交变频器器b）交）交-交交变频器变频器 5.4 电力电子变压变频器图5-14 变频器结构示意图a）865.4.1 PWM变频器主回路变频器主回路图图5-15 交交-直直-交变频器主回路结构图交变频器主回路结构图5.4.1 PWM变频器主回路图5-15 交-直-交变频器875.4.1 PWM变频器主回路变频器主回路l左边是不可控整流桥，将三相交流电整流成电压恒定的直流电压。l右边是逆变器，将直流电压变换为频率与电压均可调的交流电。l中间的滤波环节是为了减小直流电压脉动而设置的。5.4.1 PWM变频器主回路左边是不可控整流桥，将三相交流885.4.1 PWM变频器主回路变频器主回路l主回路只有一套可控功率级，具有结构、控制方便的优点，采用脉宽调制的方法，输出谐波分量小。l缺点是当电动机工作在回馈制动状态时能量不能回馈至电网，造成直流侧电压上升，称作泵升电压。5.4.1 PWM变频器主回路主回路只有一套可控功率级，具有89直流母线供电直流母线供电l采用直流母线供电给多台逆变器，可以减少整流装置的电力电子器件，逆变器从直流母线上汲取能量，还可以通过直流母线来实现能量平衡，提高整流装置的工作效率。l当某个电动机工作在回馈制动状态时，直流母线能将回馈的能量送至其他负载，实现能量交换，有效地抑制泵升电压。直流母线供电采用直流母线供电给多台逆变器，可以减少整流装置的90直流母线供电直流母线供电图图5-16 直流母线方式的变频器主回路结构图直流母线方式的变频器主回路结构图直流母线供电图5-16 直流母线方式的变频器主回路结构图915.4.2正弦波脉宽调制技术正弦波脉宽调制技术n现代变频器中用得最多的控制技术是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简称PWM。n基本思想是控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压。5.4.2正弦波脉宽调制技术现代变频器中用得最多的控制技术是925.4.2正弦波脉宽调制技术正弦波脉宽调制技术l以以频频率率与与期期望望的的输输出出电电压压波波相相同同的的正正弦弦波波作作为为调调制制波波，以以频频率率比比期期望望波波高高得得多的等腰三角波作为载波。多的等腰三角波作为载波。l由由它它们们的的交交点点确确定定逆逆变变器器开开关关器器件件的的通通断断时时刻刻，从从而而获获得得幅幅值值相相等等、宽宽度度按按正正弦弦规规律律变变化化的的脉脉冲冲序序列列，这这种种调调制制方方法法称称作作正正弦弦波波脉脉宽宽调调制制（Sinusoidal pulse Width Modulation，简简 称称SPWM）。）。5.4.2正弦波脉宽调制技术以频率与期望的输出电压波相同的正93SPWM逆变器的工作原理n把一个正弦半波分做N等分，如下图（N7）；n然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的等高矩形脉冲来代替；n矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合。这样，由N个等幅而不等宽的矩形脉冲所组 成的波形就与正弦的半周等效。同样，正弦波的负半周也可以用相同的方法来等效。SPWM逆变器的工作原理把一个正弦半波分做N等分，如下图（N94与正弦波等效的等幅矩形脉冲序列波 与正弦波等效的等幅矩形脉冲序列波 95 在实际中，我们采用“调剂调剂”的方法，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波载波(Carrier wave)，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波调制波(Modulation wave)，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。在实际中，我们采用“调剂”的方法，以频率比期望96SPWM控制方式单极性控制方式单极性控制方式在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内。双极性控制方式双极性控制方式在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化则SPWM波也是在正负之间变化。SPWM控制方式单极性控制方式在正弦调制波的半个周期内，97单极性控制方式单极性控制方式98双极性控制方式图图5-17 三相三相PWM逆变器双极逆变器双极性性SPWM波形波形a)三相正弦调制波与三相正弦调制波与双极性三角载波双极性三角载波b）、）、c）、）、d）三相）三相电压电压e）输出线电压）输出线电压f）电动机相电压）电动机相电压双极性控制方式图5-17 三相PWM逆变器双极性SPW99SPWM波形控制方法的实现 SPWM的控制就是根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的开关时刻,可以用模拟电子电路、数子电子电路或专用的大规模集成电路芯片等硬件实现，也可以使用微型计算机通过软件生成SPWM波形。开始使用SPWM技术时，多采用振荡器、比较器等模拟电路，由于所用元件多，控制线路复杂，控制精度也难以保证，在微电子技术迅速发展的今天，以微机为基础的数字控制方案日益被人们采纳，提出了多种SPWM波形的软件生成方法，其中最常用的有自然采样法和规则采样法。SPWM波形控制方法的实现 SPWM的控制就是100SPWM变频器电路原理框图 SPWM变频器电路原理框图 101SPWM波形的数字采样法-自然采样法自然采样法 根据SPWM逆变器的工作原理，当载波比为N时，在逆变器输出的一个周期内，正弦调制波与三角载波应有2N个交点，或者说，三角载波变化一个周期之间，它与正弦波相交两次，相应地逆变器功率器件导通与关断各一次。要准确生成这样的SPWM波形，就得尽量精确计算功率器件的导通时刻和关断时刻。功率器件导通区间就是脉冲宽度，其关断区间就是脉冲的间隙时间。SPWM波形的数字采样法-自然采样法 根据SP102SPWM波形的数字采样法-自然采样法自然采样法 按照正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度与间隙时间的采样，从而生成SPWM波形，叫做自然采样法。如下图所示，在图中截取了任意一段正弦调制波与三角载波一个周期的相交情况。交点A是发生脉冲的时刻，B点是结束脉冲的时刻。在三角载波的一个周期时间Tc内，点和点之间的时间t2是逆变器功率开关器件导通工作的区间，称为脉宽时间。而其余的时间均为器件的关断工作区间，称为间隙时间，它在脉宽时间前后各有一段，分别用t1和t3表示。即，脉宽时间：t2；间隙时间：t1+t3；周期时间：Tct1+t2+t3。SPWM波形的数字采样法-自然采样法 按照正弦波与三角103tAtA104第5章-基于稳态模型的异步电动机调速系统概论课件105第5章-基于稳态模型的异步电动机调速系统概论课件106第5章-基于稳态模型的异步电动机调速系统概论课件107 在上式中，除了Tc、M、1为已知外，tA和tB都是未知数，难以求解，这是由于两波形交点的任意性造成的。此外，由于SPWM脉冲波形相对于三角波并不对称,t1t3，这也增加了实时分别计算的困难。因此，自然采样法虽然能真实地反映脉冲的产生与结束时刻，却对用于实时控制增加了困难。为了弥补自然采样法的不足，人们一直在寻找工程实用的采样方法，力求采样效果尽量接近自然采样法，其中应用比较广泛的是规则采样法。这种方法的着眼点就是使SPWM波形的每一个脉冲都与三角载波的中心线对齐，而且两侧的间隙时间相等,即t1=t3，从而使计算量大为减少。在上式中，除了Tc、M、1为已知外，tA和tB都是未108SPWM波形的数字采样法-规则采样法规则采样法原理在三角载波的每一个周期的固定时刻，找到正弦调制波上对应的电压值，就用此值对三角波进行采样，以决定功率开关元件的导通和关断时刻，而不管在采样点上正弦波与三角载波是否相交。在下图规则采样法规则采样法中：按照自然采样法求得的交点A和B，对应的SPWM脉宽为t2，为了简化计算，采用近似的求交点的方法，即通过两个三角波峰之间中线与调制波ur的交点作水平线与两个三角波分别相交于A和B点，采样时刻为tF，由交点A和B确定的SPWM波形的数字采样法-规则采样法原理在三角载波的每109SPWM的脉宽为t4。显然，t2与t4数值很相近。规则采样法就是用交点A和B代替自然采样法中的交点和，用以确定SPWM信号的。由于A和B两点对三角波中心线是对称的，即t1=t3，所以只要将自然采样法中t1、t3中的tA和tB用tF代替，就可以直接写出规则采样法的脉宽计算公式脉宽时间：间隙时间：SPWM的脉宽为t4。显然，t2与t4数值很相近。规则采样110第5章-基于稳态模型的异步电动机调速系统概论课件111根据上述采样原理和计算公式，可以用计算机实时控制产生SPWM波形，具体实现方法有：查表法可以先离线计算出相应的脉宽t4等数据存放在内存中，然后在调速系统实时控制过程中通过查表和加、减运算求出各相脉宽时间和间隙时间。根据上述采样原理和计算公式，可以用计算机实时控制产生SPW112实时计算法事先在内存中存放正弦函数和Tc/2值，控制时先查出正弦值，与调速系统所需的调制度M作乘法运算，再根据给定的载波频率查出相应的Tc/2值，由计算公式计算脉宽时间和间隙时间。实时计算法事先在内存中存放正弦函数和Tc/2值，控制时113*5.4.3 消除指定谐波消除指定谐波PWMl普普通通的的SPWM变变频频器器输输出出电电压压带带有有一一定定的的谐谐波波分分量量，为为降降低低谐谐波波分分量量，减减少少电电动动机机转转矩矩脉脉动动，可可以以采采用用直直接接计计算算各各脉脉冲冲起起始始与与终终了相位的方法，以消除指定次数的谐波。了相位的方法，以消除指定次数的谐波。l在在SPWM的的基基础础上上衍衍生生出出的的“消消除除指指定定次次数数 谐谐 波波 PWM”（SHEPWM，Selected Harmonics Elimination PWM）控制技术。）控制技术。*5.4.3 消除指定谐波PWM普通的SPWM变频器输出电压114*5.4.3 消除指定谐波消除指定谐波PWM图图5-18 变压变频器输出的相电压变压变频器输出的相电压PWM波形波形*5.4.3 消除指定谐波PWM图5-18 变压变频器115*5.4.3 消除指定谐波消除指定谐波PWMl要消除第要消除第k次谐波分量，只须令次谐波分量，只须令l基波幅值为所要求的电压值基波幅值为所要求的电压值*5.4.3 消除指定谐波PWM要消除第k次谐波分量，只须令1165.4.4 电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM）控制技）控制技术术l电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM，Current Follow PWM）的控制方法是：在原来主回）的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值。流快速跟随给定值。l在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的形，这就能比电压控制的SPWM获得更好的获得更好的性能。性能。5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术电流跟踪PW1175.4.4 电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术）控制技术n最常用的电流跟踪式PWM逆变器是电流滞环跟踪控制。具有电流滞环跟踪控制的PWM逆变器的一相控制原理图如图5-19所示。在这里，电流控制器是带滞环的比较器。n将给定电流 与输出电流相比较，电流偏差i经滞环比较后控制逆变器有关桥臂的上、下功率器件，设比较器的环宽为2h，到t0时刻(见图5-19b)，h，滞环比较器输出正电平信号，驱动上桥臂功率开关器件VT1导通，使得5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术最常用的电流1185.4.4 电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术）控制技术增大，当 增大到与 相等时，虽然i=0，但滞环比较器仍然保持正电平输出，VT1保持导通，继续增大，直到t1时刻，h，滞环比较器翻转，输出负电平，关断VT1，并经保护延迟后驱动下桥臂器件VT4。但此时VT4未必导通，因为电流 并未反向，而是通过续流二极管VD4维持原方向流通，其数值逐渐减少。直到t2时刻，降到滞环偏差的下限值，又重复使VT1导通。VT1与VT4的交替工作使逆变器输出电流与给定值偏差保持在h范围内，在给定电流上下作锯齿状变化。当给定电5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术增大，当 1195.4.4 电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术）控制技术 流是正弦波时，输出电流也十分接近正弦波。图5-19b绘出了在给定正弦波电流半个周期内电流滞环跟踪控制的输出电流波形f(t)和相应的PWM电压波形。电流滞环跟踪控制方法的精度高、响应快，且易于实现。但功率开关器件的开关频率不定。图5-20a为电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压PWM波形。图5-20b 为电流跟踪控制的脉宽调制变频器的实现。5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术 流是正弦1205.4.4 电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM）控制技）控制技术术图图5-19a 电流滞环跟踪控制的电流滞环跟踪控制的A相原理图相原理图5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术图5-19a121图图5-19b 电流滞环跟踪控制时的电流波形与电流滞环跟踪控制时的电流波形与PWM电压波形电压波形 图5-19b 电流滞环跟踪控制时的电流波形与PWM电122图图5-20a 电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压PWM波形波形图5-20a 电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压PW1235.4.4 电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术）控制技术图5-20b 电流跟踪控制的脉宽调制变频器5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术图5-20b1245.4.4 电流跟踪电流跟踪PWM（CFPWM）控制技）控制技术术l电电流流跟跟踪踪控控制制的的精精度度与与滞滞环环的的宽宽度度有有关关，同同时时还还受受到到功功率率开开关关器器件件允允许许开开关关频频率率的的制制约。约。l当当环环宽宽选选得得较较大大时时，开开关关频频率率低低，但但电电流流波形失真较多，谐波分量高；波形失真较多，谐波分量高；l如如果果环环宽宽小小，电电流流跟跟踪踪性性能能好好，但但开开关关频频率却增大了。率却增大了。l实实际际使使用用中中，应应在在器器件件开开关关频频率率允允许许的的前前提下，尽可能选择小的环宽。提下，尽可能选择小的环宽。5.4.4 电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术电流跟踪控制1255.4.5 电压空间矢量电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技）控制技术术l把把逆逆变变器器和和交交流流电电动动机机视视为为一一体体，以以圆圆形形旋旋转转磁磁场场为为目目标标来来控控制制逆逆变变器器的的工工作作，这这种种控控制制方方法法称称作作“磁磁链链跟跟踪踪控控制制”，磁磁链链轨轨迹迹的的控控制制是是通通过过交交替替使使用用不不同同的的电电压压空空间间矢矢量量实实 现现 的的，所所 以以 又又 称称“电电 压压 空空 间间 矢矢 量量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控控制制”。5.4.5 电压空间矢量PWM（SVPWM）控制技术把逆变器126空间矢量的定义空间矢量的定义l交交流流电电动动机机绕绕组组的的电电压压、电电流流、磁磁链链(普普赛)等等物物理理量量都都是是随随时时间间变变化化的的，如如果果考考虑虑到到它它们们所所在在绕绕组组的的空空间间位位置置，可可以以定定义义为为空空间矢量。间矢量。l 定义三相定子电压空间矢量定义三相定子电压空间矢量 k为待定系数为待定系数 空间矢量的定义交流电动机绕组的电压、电流、磁链(普赛)等物127空间矢量的合成空间矢量的合成l三相合成矢量三相合成矢量图图5-21 电压空间矢量电压空间矢量的合成矢量的合成矢量 空间矢量的合成三相合成矢量图5-21 电压空间矢量的合成矢128空间矢量的定义空间矢量的定义l定子电流空间矢量定子电流空间矢量 l定子磁链空间矢量定子磁链空间矢量 空间矢量的定义定子电流空间矢量 定子磁链空间矢量 129空间矢量表达式空间矢量表达式 l空间矢量功率表达式空间矢量功率表达式 共轭矢量共轭矢量 空间矢量表达式 空间矢量功率表达式 共轭矢量 130空间矢量表达式空间矢量表达式 考虑到考虑到 l三相瞬时功率三相瞬时功率 l按空间矢量功率与三相瞬时功率相等的原则按空间矢量功率与三相瞬时功率相等的原则 空间矢量表达式 考虑到 三相瞬时功率 按空间矢量功率与三相瞬131空间矢量表达式空间矢量表达式 空间矢量表达式 132空间矢量表达式空间矢量表达式 l当当定定子子相相电电压压为为三三相相平平衡衡正正弦弦电电压压时时，三三相合成矢量相合成矢量空间矢量表达式 当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢133空间矢量表达式空间矢量表达式 l即即合合成成电电压压矢矢量量是是以以电电源源角角频频率率为为角角速速度作恒速旋转的空间矢量，幅值为度作恒速旋转的空间矢量，幅值为:l同样同样,在三相平衡正弦电压供电时，若电在三相平衡正弦电压供电时，若电动机转速已稳定，则定子电流和磁链的空动机转速已稳定，则定子电流和磁链的空间矢量也是幅值恒定，以电源角频率为电间矢量也是幅值恒定，以电源角频率为电气角速度在空间作恒速旋转。气角速度在空间作恒速旋转。空间矢量表达式 即合成电压矢量是以电源角频率为角速度作恒速旋134电压与磁链空间矢量的关系电压与磁链空间