6.2-异步电动机电压-频率协调控制时的机械特性

6.2异步电动机电压－频率协调控制时的机械特性本节提要恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性基频以下电压-频率协调控制时的机械特性基频以上恒压变频时的机械特性一、恒压恒频正弦波供电时异步电动机的机械特性第5章式（5-3）已给出异步电机在恒压恒频正弦波供电时的机械特性方程式Te=f(s)。当定子电压Us和电源角频率w1恒定时，可以改写成如下形式：（6-4）机械特性当s为以上两段的中间数值时，机械特性从直线段逐渐过渡到双曲线段，如图所示。二、基频以下电压-频率协调控制时的机械特性由式（6-4）机械特性方程式可以看出，对于同一组转矩Te和转速n（或转差率s）的要求，电压Us和频率w1可以有多种配合。在Us和w1的不同配合下机械特性也是不一样的，因此可以有不同方式的电压－频率协调控制。1.恒压频比控制（Us/w1）在第6-1节中已经指出，为了近似地保持气隙磁通不变，以便充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下须采用恒压频比控制。这时，同步转速自然要随频率变化。（6-7）机械特性曲线2.恒Eg/w1控制下图再次绘出异步电机的稳态等效电路，图中几处感应电动势的意义如下：Eg—气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中的感应电动势；Es—定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势；Er—转子全磁通在转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）。特性分析如果在电压－频率协调控制中，恰当地提高电压Us的数值，使它在克服定子阻抗压降以后，能维持Eg/w1为恒值（基频以下），则由式（6-1）可知，无论频率高低，每极磁通m均为常值。性能比较（续）机械特性曲线3.恒Er/w1控制如果把电压－频率协调控制中的电压再进一步提高，把转子漏抗上的压降也抵消掉，得到恒Er/w1控制，那么，机械特性会怎样呢？由此可写出（6-17）代入电磁转矩基本关系式，得（6-18）现在，不必再作任何近似就可知道，这时的机械特性完全是一条直线。几种电压－频率协调控制方式的特性比较显然，恒Er/w1控制的稳态性能最好，可以获得和直流电机一样的线性机械特性。这正是高性能交流变频调速所要求的性能。现在的问题是，怎样控制变频装置的电压和频率才能获得恒定的Er/w1呢？按照式（6-1）电动势和磁通的关系，可以看出，当频率恒定时，电动势与磁通成正比。在式（6-1）中，气隙磁通的感应电动势Eg对应于气隙磁通幅值，那么，转子全磁通的感应电动势Er就应该对应于转子全磁通幅值：（6-19）由此可见，只要能够按照转子全磁通幅值=Constant进行控制，就可以获得恒Er/w1了。这正是矢量控制系统所遵循的原则4．几种协调控制方式的比较综上所述，在正弦波供电时，按不同规律实现电压－频率协调控制可得不同类型的机械特性。（1）恒压频比（Us/w1=Constant）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，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。（2）恒Eg/w1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到=Constant，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。（3）恒Er/w1控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通恒定进行控制，即得Er/w1=Constant而且，在动态中也尽可能保持恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。三、基频以上恒压变频时的机械特性性能分析在基频以上变频调速时，由于定子电压Us=UsN不变，式（6-4）的机械特性方程式可写成（6-20）性能分析（续）而式（6-10）的最大转矩表达式可改写成（6-21）同步转速的表达式仍和式（6-7）一样。机械特性曲线由此可见，当角频率提高时，同步转速随之提高，最大转矩减小，机械特性上移，而形状基本不变，如图所示。四、异步电机的几种稳态等效电路（1）异步电机等效电路的通用形式假设1、忽略空间和时间的谐波2、忽略磁饱和3、忽略铁损电机学中把转子侧的量折算到定子侧，折算的原则：保持电机气隙磁通不变，但是这种方法不是唯一的，例如按定子总磁链恒定的原则进行折算，按转子总磁链恒定的原则进行折算。其中按转子总磁链恒定的原则进行折算，有重要意义。下图为通用稳态电路时异步电机稳态等值电路时励磁回路代表电机的气隙磁链其电路是电机学中的等值电路时的突出转子磁链的”T-1”型等值电路励磁回路代表转子总磁链，用于分析转子磁链守恒的情况，电路和向量图如下“T-1”型等值电路的相量图如下转矩电流定义为，定子电流可以分解为励磁电流分量和转矩电流分量，相量图以为中心，不出现气隙磁通进而又转矩表达式T-1型电路适用于矢量控制分别对，进行控制使转矩在静态和动态都得到控制。