《运动控制系统》复习题

运动控制系统复习题运动控制系统复习题运动控制系统及其组成运动控制系统及其组成电机学电机学电力电子技术电力电子技术微电子技术微电子技术计算机控制技术计算机控制技术控制理论控制理论信号检测与处理技信号检测与处理技术术图图1-1运动控制及其相关学科运动控制及其相关学科运动控制系统及其组成运动控制系统及其组成 图图1-2 运动控制系统及其组成运动控制系统及其组成运动控制系统的转矩控制规律运动控制系统的转矩控制规律 l运动控制系统的基本运动方程式运动控制系统的基本运动方程式l忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运动控制系统的简化运动方程式动控制系统的简化运动方程式运动控制系统的转矩控制规律运动控制系统的转矩控制规律 生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性n在在同同一一轴轴上上，负负载载转转矩矩和和转转速速之之间间的的函函数数关关系系，称称为为生生产产机机械械的的机机械械特性。特性。生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性介绍几种典型的生产机械负载转矩特性：介绍几种典型的生产机械负载转矩特性：l负载转矩的负载转矩的大小大小恒定，称作恒定，称作恒转矩负载恒转矩负载a）反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载b)位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 l恒功率负载恒功率负载l风机、泵类负载风机、泵类负载生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性1反抗转矩：又称摩擦性转矩，反抗转矩：又称摩擦性转矩，其特点如下：其特点如下：转矩大小恒定不变；转矩大小恒定不变；作用方向始终与速度作用方向始终与速度n的方的方向相反，向相反，当当n的方向发生变化时，它的作用方的方向发生变化时，它的作用方向也随之发生变化，恒与运动方向相向也随之发生变化，恒与运动方向相反，即总是反，即总是阻碍运动阻碍运动的。的。图1-3 恒转矩负载2位能转矩位能转矩,其特点为：其特点为：转矩大小恒定不变；转矩大小恒定不变；作作用用方方向向不不变变，与与运运动动方方向向无无关关，即即在在某某一一方方向向阻阻碍碍运运动动而而在在另另一一方向促进运动。方向促进运动。卷扬机起吊重物时，由于重物的作用方向永远向着地心，所以，卷扬机起吊重物时，由于重物的作用方向永远向着地心，所以，由它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向，当电动机拖由它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向，当电动机拖动重物上升时，动重物上升时，T TL L与与n n的方向相反；当重物下降时，的方向相反；当重物下降时，T TL L和和n n的方向的方向相同。相同。生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性恒功率负载恒功率负载l负载转矩与转速负载转矩与转速成反比，而功率成反比，而功率为常数，称作恒为常数，称作恒功率负载功率负载图1-4 恒功率转矩负载 风机、泵类负载风机、泵类负载 l负载转矩与转速的负载转矩与转速的平方成正比，称作平方成正比，称作风机、泵类负载风机、泵类负载图1-5 风机、泵类负载练习题练习题反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？特点？练习题练习题反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？特点？答：反抗性恒转矩负载恒与运动方向相反。答：反抗性恒转矩负载恒与运动方向相反。位能性恒转矩负载作用方向恒定，与运动方向位能性恒转矩负载作用方向恒定，与运动方向无关。无关。交流调速系统交流调速系统n交流电动机有异步电动机和同步电动机两大类。交流电动机有异步电动机和同步电动机两大类。n按转差功率将异步电动机的调速系统分成三类：按转差功率将异步电动机的调速系统分成三类：转差功率消耗型转差功率消耗型 转差功率不变型转差功率不变型 转差功率不变型转差功率不变型转差功率消耗型转差功率消耗型（调压调速）（调压调速）l全部转差功率全部转差功率都转换成热能消耗在都转换成热能消耗在转子回路转子回路中。中。l以以增增加加转转差差功功率率的的消消耗耗来来换换取取转转速速降降低低（恒恒转转矩负载时），矩负载时），越到低速效率越低越到低速效率越低。l结构简单，设备成本少，还有一定的应用价值。结构简单，设备成本少，还有一定的应用价值。转差功率馈送型转差功率馈送型（绕线电机串行调速）（绕线电机串行调速）l转转差差功功率率一一部部分分被被消消耗耗掉掉，大大部部分分则则通通过过变变流流装装置置回馈给回馈给电网或转化成机械能电网或转化成机械能予以利用。予以利用。l功功率率既既可可以以从从转转子子馈馈入入又又可可以以馈馈出出的的系系统统称称作作双双馈调速系统。馈调速系统。l效率较高，只能采用绕线转子感应电动机。效率较高，只能采用绕线转子感应电动机。转差功率不变型转差功率不变型（变压变频调速）（变压变频调速）l变变压压变变频频调调速速，转转子子铜铜损损基基本本不不变变，转转子子电电路路中没有附加的损耗，效率最高。中没有附加的损耗，效率最高。l须须配配置置与与电电动动机机容容量量相相当当的的变变压压变变频频器器，设设备备成本最高。成本最高。l变变极极对对数数调调速速也也是是转转差差功功率率不不变变型型调调速速系系统统，属于有级调速。属于有级调速。同步电动机调速同步电动机调速l同步电动机没有同步电动机没有转差转差，也就没有，也就没有转差功率转差功率，所以，所以同步电动机调速系统只能是同步电动机调速系统只能是转差功率不变型转差功率不变型。l同步电动机转子极对数是固定的，只能靠变压变同步电动机转子极对数是固定的，只能靠变压变频调速频调速。同步电动机调速同步电动机调速l从频率控制的方式来看，同步电动机调速可分为从频率控制的方式来看，同步电动机调速可分为他控变频调速和自控变频调速他控变频调速和自控变频调速两类。两类。l自控变频调速利用转子磁极位置检测信号来控制自控变频调速利用转子磁极位置检测信号来控制变压变频装置换相，又称作无换向器电动机调速，变压变频装置换相，又称作无换向器电动机调速，或无刷直流电动机调速。或无刷直流电动机调速。异步电动机异步电动机假定条件：假定条件：忽略空间和时间谐波，忽略空间和时间谐波，忽忽略略磁磁饱饱和和，忽忽略略铁铁损损忽略励磁电流忽略励磁电流稳态等效电路稳态等效电路：l最大转矩，又称临界转矩最大转矩，又称临界转矩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 异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机当当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，机械特性近似为直线成正比，机械特性近似为直线 异步电动机异步电动机当当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线成反比，机械特性是一段双曲线异步电动机异步电动机机械特性机械特性l异步电动机由额定异步电动机由额定电压、额定频率供电压、额定频率供电，且无外加电阻电，且无外加电阻和电抗时的机械特和电抗时的机械特性方程式，称作固性方程式，称作固有特性或自然特性。有特性或自然特性。图图 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异步电动机l异步电动机的调速方法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，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。人为机械特性上，以达到调速的目的。能够改变的参数可分为能够改变的参数可分为3类：类：电动机参数电动机参数、电源电压和电源频率电源电压和电源频率（或角频率）（或角频率）异步电动机异步电动机l保保持持电电源源频频率率为为额额定定频频率率，只只改改变变定定子子电电压压的的调调速方法称作调压调速。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，定定子子电电压压只能降低，不能升高只能降低，不能升高，故又称作降压调速。，故又称作降压调速。调压调速：调压调速：异步电动机异步电动机 晶闸管交流调压器调速晶闸管交流调压器调速TVC双向晶双向晶闸管交流调压闸管交流调压器器a)不可逆电路不可逆电路b)可逆电路可逆电路调压调速的主电路调压调速的主电路异步电动机异步电动机可调可调 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 异步电动机异步电动机l临界转差率保持不变临界转差率保持不变 l理想空载转速保持为同步转速不变理想空载转速保持为同步转速不变 调压调速的机械特性调压调速的机械特性：异步电动机异步电动机l临界转矩临界转矩 l随定子电压的减小而成平方比地下降随定子电压的减小而成平方比地下降调压调速的机械特性调压调速的机械特性 异步电动机异步电动机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调压调速的机械特性调压调速的机械特性l调速范围有限，图中调速范围有限，图中A、B、C为恒转矩负载在为恒转矩负载在不同电压时的稳定工作不同电压时的稳定工作点。点。l带风机类负载运行，调带风机类负载运行，调速范围可以稍大一些，速范围可以稍大一些，图中图中D、E、F为风机为风机类负载在不同电压时的类负载在不同电压时的稳定工作点。稳定工作点。异步电动机异步电动机l变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一种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调速方法，同步转速随频率而变化变压变频调速变压变频调速异步电动机异步电动机变压变频调速变压变频调速l基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。l额度电流不变时，电动机允许输出的转矩将随磁额度电流不变时，电动机允许输出的转矩将随磁通变化。在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转通变化。在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定。矩也恒定。异步电动机异步电动机变压变频调速变压变频调速l在基频以上调速时，频率从向上升高，受到电机在基频以上调速时，频率从向上升高，受到电机绝缘耐压和磁路饱和的限制，绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升定子电压不能随之升高高，最多只能保持额定电压不变。，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动机工作在弱磁状态弱磁状态。异步电动机异步电动机图图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异步电动机异步电动机变压变频调速变压变频调速l在恒压频比的条件下把频率向下调节时，机械特在恒压频比的条件下把频率向下调节时，机械特性基本上是平行下移的。性基本上是平行下移的。l当频率较低时，电动机带载能力减弱，采用低频当频率较低时，电动机带载能力减弱，采用低频定子压降补偿，适当地提高电压，可以增强带载定子压降补偿，适当地提高电压，可以增强带载能力。能力。异步电动机异步电动机图图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变压变频调速时的机械特性习题什么叫恒功率调速？什么叫恒转矩调速？什么叫恒功率调速？什么叫恒转矩调速？习题什么叫恒功率调速？什么叫恒转矩调速？什么叫恒功率调速？什么叫恒转矩调速？答答：在调速过程中，无论速度高低，当电动机电流保持不：在调速过程中，无论速度高低，当电动机电流保持不变时，电磁转矩也不变，这种调速叫恒转矩调速。变时，电磁转矩也不变，这种调速叫恒转矩调速。在调速过程中，无论速度高低，当电动机电流保持不变时，在调速过程中，无论速度高低，当电动机电流保持不变时，功率也不变，叫恒功率调速。功率也不变，叫恒功率调速。习题ASR PWM 习题ASR 转速调节器PWM 脉冲宽度调制异步电动机异步电动机变压变频器变压变频器变频器：变频器：异步电动机变频调速需要电压与频率均可调的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。器件构成的静止式功率变换器。现代变频器中用得最多的控制技术是脉冲宽度调制（现代变频器中用得最多的控制技术是脉冲宽度调制（PulseWidthModulation），简称），简称PWM。异步电动机异步电动机a）交交-直直-交交变频器变频器b）交）交-交变交变频器频器异步电动机异步电动机交交-直直-交变频器主回路结构图交变频器主回路结构图异步电动机异步电动机变压变频调速系统变压变频调速系统转速开环变压变频调速系统转速开环变压变频调速系统图图5-40转速开环变压变频调速系统转速开环变压变频调速系统异步电动机异步电动机l交交流流电电动动机机工工作作在在发发电电制制动动状状态态时时，能能量量从从电电动动机机侧侧回回馈馈至至直直流流侧侧，导导致致直直流流电电压压上上升，称为泵升电压。升，称为泵升电压。l电电动动机机储储存存的的动动能能较较大大、制制动动时时间间较较短短或或电电动动机机长长时时间间工工作作在在发发电电制制动动状状态态时时，泵泵升升电压很高，严重时将损坏变频器。电压很高，严重时将损坏变频器。异步电动机异步电动机变压变频调速系统变压变频调速系统措施：措施：l在在直直流流侧侧并并入入一一个个制制动动电电阻阻，当当泵泵升升电电压压达达到到一一定定值值时时，开开通通与与制制动动电电阻阻相相串串联联的的功功率率器器件件，通通过制动电阻释放电能，以降低泵升电压。过制动电阻释放电能，以降低泵升电压。l在在直直流流侧侧并并入入一一组组晶晶闸闸管管有有源源逆逆变变器器或或采采用用PWM可可控控整整流流，当当泵泵升升电电压压升升高高时时，将将能能量量回回馈馈至电网，以限制泵升电压。至电网，以限制泵升电压。异步电动机异步电动机数字控制通用变频器数字控制通用变频器-异步异步电动机调速系统硬件原理电动机调速系统硬件原理图图系统硬件包括：系统硬件包括：主电路、驱动电路、主电路、驱动电路、微机控制电路、信微机控制电路、信号采集与故障综合号采集与故障综合电路。电路。异步电动机异步电动机l定义转差角频率定义转差角频率l电磁转矩电磁转矩l转差率转差率s较小，转矩可近似表示较小，转矩可近似表示转差频率控制的基本概念及特点转差频率控制的基本概念及特点变压变频调速系统变压变频调速系统转速闭环变压变频调速系统转速闭环变压变频调速系统异步电动机异步电动机转差频率控制的基本概念及特点转差频率控制的基本概念及特点变压变频调速系统变压变频调速系统转速闭环变压变频调速系统转速闭环变压变频调速系统l保保持持气气隙隙磁磁通通不不变变，在在s值值较较小小的的稳稳态态运运行行范范围围内内，异异步步电动机的电动机的转矩转矩就近似与就近似与转差角频率转差角频率成成正比正比。l在在保保持持气气隙隙磁磁通通不不变变的的前前提提下下，可可以以通通过过控控制制转转差差角角频频率来控制转矩，这就是转差频率控制的率来控制转矩，这就是转差频率控制的基本思想基本思想。异步电动机异步电动机转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统结构原理转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统结构原理图图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6章章基于动态模型的异基于动态模型的异步电动机调速系统步电动机调速系统 异步电动机动态数学模型的性质异步电动机动态数学模型的性质l异步电动机的动态数学模型是一异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、个高阶、非线性、强耦合的多变量系统强耦合的多变量系统。（1）异步电动机变压变频调速时需要进行电压）异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）（或电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）和频率两种独立的输入变量。在和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除输出变量中，除转速外，磁通也是一个输出变量转速外，磁通也是一个输出变量。异步电动机动态数学模型的性质异步电动机动态数学模型的性质（2）异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流）异步电动机无法单独对磁通进行控制，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，乘磁通产生转矩，转速乘磁通产生感应电动势，在数学模型中含在数学模型中含有两个变量的乘积项有两个变量的乘积项。（3）三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每）三相异步电动机三相绕组存在交叉耦合，每个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的个绕组都有各自的电磁惯性，再考虑运动系统的机电惯性，转速与转角的积分关系等，机电惯性，转速与转角的积分关系等，动态模型动态模型是一个高阶系统是一个高阶系统。异步电动机的三相数学模型异步电动机的三相数学模型l作如下的假设：作如下的假设：（1）忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动）忽略空间谐波，三相绕组对称，产生的磁动势沿气隙按正弦规律分布。势沿气隙按正弦规律分布。（2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。定的。（3）忽略铁心损耗。）忽略铁心损耗。（4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。响。异步电动机的三相数学模型异步电动机的三相数学模型图图6-1 三相异步电动机的物理模型三相异步电动机的物理模型l定子三相绕组定子三相绕组轴线轴线A、B、C在在空间是固定的。空间是固定的。l转子绕组轴线转子绕组轴线a、b、c随转子随转子旋转。旋转。异步电动机三相动态模型的数学表达式异步电动机三相动态模型的数学表达式l异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、异步电动机的动态模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成。转矩方程和运动方程组成。l磁链方程和转矩方程为代数方程磁链方程和转矩方程为代数方程l电压方程和运动方程为微分方程电压方程和运动方程为微分方程异步电动机三相动态模型的数学表达式异步电动机三相动态模型的数学表达式磁链方程磁链方程l异异步步电电动动机机每每个个绕绕组组的的磁磁链链是是它它本本身身的的自自感感磁磁链链和其它绕组对它的互感磁链之和和其它绕组对它的互感磁链之和异步电动机三相动态模型的数学表达式异步电动机三相动态模型的数学表达式三相绕组电压平衡方程三相绕组电压平衡方程 异步电动机三相动态模型的数学表达式异步电动机三相动态模型的数学表达式 l转矩方程转矩方程l运动方程运动方程 l转角方程转角方程 异步电动机异步电动机坐标变换坐标变换l异异步步电电动动机机三三相相原原始始动动态态模模型型相相当当复复杂杂，简简化化的基本方法就是的基本方法就是坐标变换坐标变换。l异异步步电电动动机机数数学学模模型型之之所所以以复复杂杂，关关键键是是因因为为有有一一个个复复杂杂的的电电感感矩矩阵阵和和转转矩矩方方程程，它它们们体体现现了了异异步步电电动动机机的的电电磁磁耦耦合合和和能能量量转转换换的的复复杂杂关关系。系。l要简化数学模型，须从电磁耦合关系入手。要简化数学模型，须从电磁耦合关系入手。异步电动机异步电动机坐标变换坐标变换l如如果果能能将将交交流流电电动动机机的的物物理理模模型型等等效效地地变变换换成成类类似似直流电动机的模式，分析和控制就可以大大简化。直流电动机的模式，分析和控制就可以大大简化。l坐标变换正是按照这条思路进行的。坐标变换正是按照这条思路进行的。l不不同同坐坐标标系系中中电电动动机机模模型型等等效效的的原原则则是是：在在不不同同坐坐标下绕组所产生的标下绕组所产生的合成磁动势相等合成磁动势相等。异步电动机异步电动机坐标变换的基本思路坐标变换的基本思路l三三相相变变量量中中只只有有两两相相为为独独立立变变量量，完完全全可可以以也也应应该该消去一相。消去一相。l所所以以，三三相相绕绕组组可可以以用用相相互互独独立立的的两两相相正正交交对对称称绕绕组等效代替，组等效代替，等效的原则是产生的磁动势相等等效的原则是产生的磁动势相等。异步电动机异步电动机坐标变换的基本思路坐标变换的基本思路l所谓独立是指所谓独立是指两相绕组间无约束条件两相绕组间无约束条件l所谓对称是指两相绕组的所谓对称是指两相绕组的匝数和阻值相等匝数和阻值相等 l所谓正交是指所谓正交是指两相绕组在空间互差两相绕组在空间互差 三相坐标系和两相坐标系物理模型三相坐标系和两相坐标系物理模型异步电动机坐标变换的基本思路异步电动机坐标变换的基本思路l两两相相绕绕组组，通通以以两两相相平平衡衡交交流流电电流流，也也能能产产生生旋转磁动势。旋转磁动势。l当当三三相相绕绕组组和和两两相相绕绕组组产产生生的的旋旋转转磁磁动动势势大大小小和和转转速速都都相相等等时时，即即认认为为两两相相绕绕组组与与三三相相绕绕组组等效，这就是等效，这就是3/2变换。变换。异步电动机坐标变换的基本思路异步电动机坐标变换的基本思路l从静止两相正交坐标系从静止两相正交坐标系到旋转正交坐到旋转正交坐标系标系dq的变换，称作静止两相的变换，称作静止两相-旋转正交旋转正交变换，简称变换，简称2s/2r变换，其中变换，其中s表示静止，表示静止，r表示旋转，变换的原则同样是产生的磁表示旋转，变换的原则同样是产生的磁动势相等。动势相等。异步电动机坐标变换的基本思路异步电动机坐标变换的基本思路 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系中的磁动静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系中的磁动势矢量势矢量异步电动机坐标变换的基本思路异步电动机坐标变换的基本思路绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机n对于绕线型异步电动机，定、转子电对于绕线型异步电动机，定、转子电路可以同时与外电路相连，转差功率路可以同时与外电路相连，转差功率可以从转子可以从转子输出输出，也可以向转子馈入，也可以向转子馈入，故称作双馈调速系统故称作双馈调速系统 绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机l异异步步电电动动机机由由电电网网供供电电并并以以电电动动状状态态运运行行时时，它它从从电电网网输输入入（馈馈入入）电电功功率率，而而在在其其轴轴上上输输出机械功率给负载，以拖动负载运行。出机械功率给负载，以拖动负载运行。调速工作原理调速工作原理 绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机l在在双双馈馈调调速速工工作作时时，绕绕线线型型异异步步电电动动机机定定子子侧侧与与交交流流电电网网直直接接连连接接，转转子子侧侧与与交交流流电电源源或或外外接接电电动动势势相相连连，从从电电路路拓拓扑扑结结构构上上看看，可可认认为为是是在在转转子子绕绕组组回回路路中中附附加加一一个个交交流流电电动动势势，通通过过控控制制附附加加电电动动势势的的幅幅值值，实实现现绕绕线线型型异异步步电电动机的调速。动机的调速。调速工作原理调速工作原理 绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图n 绕线型异步电动机在转子附加电动势时的工况及其功率流程绕线型异步电动机在转子附加电动势时的工况及其功率流程a)次同步速电动状态次同步速电动状态 b)反转倒拉制动状态反转倒拉制动状态 c)超同步速回馈制动状态超同步速回馈制动状态d)超同步速电动状态超同步速电动状态 e)次同步速回馈制动状态次同步速回馈制动状态 CU功率变换单元功率变换单元 绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机1.次同步转速的电动运行次同步转速的电动运行n从定子侧输入功率，轴上输出从定子侧输入功率，轴上输出机械功率，而转差功率在扣除转机械功率，而转差功率在扣除转子损耗后由附加电势吸收从转子子损耗后由附加电势吸收从转子侧馈送到电网。侧馈送到电网。绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机2.电动机在反转时作倒拉制动运电动机在反转时作倒拉制动运行行n此时由电网输入电动机定子的此时由电网输入电动机定子的功率和由负载输入电动机轴的功功率和由负载输入电动机轴的功率两部分合成转差功率，由附加率两部分合成转差功率，由附加电势吸收从转子侧馈送给电网。电势吸收从转子侧馈送给电网。绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机3.电动机在超同步转速下作回馈电动机在超同步转速下作回馈制动运行制动运行n电动机处在发电状态工作，由电动机处在发电状态工作，由负载通过电动机轴输入机械功率，负载通过电动机轴输入机械功率，经过机电能量变换分别从电动机经过机电能量变换分别从电动机定子侧与转子侧馈送至电网。定子侧与转子侧馈送至电网。绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机4.电动机在超同步转速下电动机在超同步转速下作电动运行作电动运行n电动机轴上输出机械功率由电动机轴上输出机械功率由定子侧与转子侧两部分输入定子侧与转子侧两部分输入电功率合成，电动机处于定、电功率合成，电动机处于定、转子双输入状态转子双输入状态绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机5.电动机在次同步转速下电动机在次同步转速下作回馈制动运行作回馈制动运行n回馈电网的功率一部分由负回馈电网的功率一部分由负载的机械功率转换而成，另载的机械功率转换而成，另一部分则由转子提供。一部分则由转子提供。绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机n在工况在工况1,2,3中，转子回路输出中，转子回路输出电功率，可以先把转子的交流电电功率，可以先把转子的交流电功率变换成直流，然后再逆变至功率变换成直流，然后再逆变至电网电网n此时功率变换单元此时功率变换单元CU的组成如的组成如图所示，其中图所示，其中CU1是整流器，是整流器，CU2是有源逆变器。是有源逆变器。绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机n工况工况4和和5，电动机转子要从，电动机转子要从电网吸收功率，必须用一台电网吸收功率，必须用一台变频器与转子相连，其结构，变频器与转子相连，其结构，CU2工作在可控整流状态，工作在可控整流状态，CU1工作在逆变状态工作在逆变状态同步电动机同步电动机n同步电动机的转速恒等于同步转速，所以同步电同步电动机的转速恒等于同步转速，所以同步电动机的调速只能是变频调速。动机的调速只能是变频调速。n同步电动机的特点。同步电动机的特点。n同步电动机按励磁方式分为同步电动机按励磁方式分为可控励磁可控励磁同步电动机同步电动机和和永磁永磁同步电动机两种。同步电动机两种。同步电动机同步电动机同步电动机的变频调速同步电动机的变频调速n基频以下采用带定子压降补偿的恒压频比控制方基频以下采用带定子压降补偿的恒压频比控制方式，基频以上采用电压恒定的控制方式。式，基频以上采用电压恒定的控制方式。他控变频同步电动机调速系统他控变频同步电动机调速系统转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统系统多台永磁或磁阻同步电多台永磁或磁阻同步电动机并联接在公共的变动机并联接在公共的变频器上，由统一的频率频器上，由统一的频率给定信号同时调节各台给定信号同时调节各台电动机的转速。电动机的转速。他控变频同步电动机调速系统他控变频同步电动机调速系统大功率同步电动机调速系统大功率同步电动机调速系统一类大型同步电动机变一类大型同步电动机变压变频调速系统用于低压变频调速系统用于低速的电力拖动，如无齿速的电力拖动，如无齿轮传动的可逆轧机、矿轮传动的可逆轧机、矿井提升机、水泥转窑。井提升机、水泥转窑。自控变频同步电动机调速系统自控变频同步电动机调速系统自控变频同步电动机的自控变频同步电动机的特点是在电动机轴端装特点是在电动机轴端装有一台转子位置检测器有一台转子位置检测器BQ，由它发出的转子，由它发出的转子位置信号控制变频装置，位置信号控制变频装置，保证转子转速与供电频保证转子转速与供电频率同步。率同步。自控变频同步电动机调速原理图自控变频同步电动机调速原理图UI逆变器逆变器BQ转子位置检测器转子位置检测器成绩结构n一、平时成绩40分：出勤10分、测试20分、课堂表现10分n二、考试成绩60分：填空题10分单选题10分判断题10分简答题20分计算题10分结束结束