[精选]电动机转矩转速控制机电控制工程高钟毓.pptx

2023年1月4日星期三 1 机电控制工程 第三章 电动机转矩转速控制 2023年1月4日星期三 2 概述 内容 旋转电动机基本原理 直流电动机的原理及控制 直流无刷电动机的控制 永磁同步电动机的控制 交流感应电动机的控制 2023年1月4日星期三 3 第一节 旋转电动机基本原理 电磁场耦合模型 电系统 u r i 耦合 电磁场 e Tem 机械 系统 x Td dedtddt2023年1月4日星期三 4 电系统 u r i 耦合 电磁场 e Tem 机械 系统 x Td 四端模型：电端点对选（i，）机械端点对选（Tm，）独立变量对：（1）（，）（2）（i，）Wm磁场能量 W m磁场同等能量 2023年1月4日星期三 5 2mmNiRN iRLi e i Ni 磁动势 H 磁场强度 B（H）磁通密度 （SB）磁通 （N）磁链 2023年1月4日星期三 6 e i UI 功率UIdt 能量UdtdmidWmdiW2023年1月4日星期三 7 11 112 222 212 1LiM iL iM ie1 1 112 2212 2112 12Li diL i diM i diM i dii1 e2 i2 磁场能量 2023年1月4日星期三 8 e1 11212122(,0,)(,)mWi idii idi i1 e2 i2 i10，互感项 1211(,0,)nmkkkkWi iidi 2023年1月4日星期三 9 1211(,0,)nmkkkkWi iidi 1211(,0,)nmmkkkkiWTi iidiconst1122(1)1jjjj jjj jnj nM iM iL iMiM i为使Tm 0，必须使上式中至少一个L或M 对的导数0 因此有两类电动机：（1）L固定，M可变固定磁阻电动机（至少两个回路）（2）M固定，L可变变磁阻电动机（一个回路即可）2023年1月4日星期三 10 u1 u1 u 固定磁阻电动机 变磁阻电动机 2023年1月4日星期三 11 1njjjjkjkkjj kdidideidtidtdt互感电动势 自感电动势 速度电动势 （反电动势）2023年1月4日星期三 12 能量守恒方程 mmdWdiT d 0mmdWdiT d 旋转一周后状态复原 mdiT d 2023年1月4日星期三 13 转矩与电压平衡方程 jj jjur ie()mddJTTdt2023年1月4日星期三 14 第二节 直流电动机原理和特性 工作原理 cosaLiSN 021cos2aimaaaWdiLiisinmmaWTi 2023年1月4日星期三 15 2023年1月4日星期三 16 mT02mt aTK i线圈多到一定程度时 2023年1月4日星期三 17 sinadideLdtdt线圈多到一定程度时 aedideLKdtdtV/rad/s N m/AetKK2023年1月4日星期三 18 转矩平衡方程 22t addJK iTdtaaa aediduR iLKdtdt电压平衡方程 2023年1月4日星期三 19 静态特性 220,0adidddtdtdtaa aeuR iKt adK iTaadeetuRTKK K2023年1月4日星期三 20 aadeetuRTKK K00adeuTK0abtauTKR0tanabetRTK KTm Tb1 01 ua1 Tb2 02 ua2 Tb3 03 ua3 ua Td0 Td1 ua1 Td2 ua2 2023年1月4日星期三 21 动态特性 aaa aet addiuR iLKdtdJK iTdt()()()()()()()aaaetadLsR IsUsKsJssK IsT s2023年1月4日星期三 22 1aLsRtK1Js()aIs()dT s()seK()aUs()()()()()()()aaaetadLsR IsUsKsJssK IsT s1aLsRtK1Js()aIs()adtLsRT sK()seK()aUs2023年1月4日星期三 23 2()()()taadatetKLsRsUsT sJLsJR sK KK,aamaetJRLTTRK K令21(1)()()()1eaaadmamtKT sRsUsT sT T sT sK2023年1月4日星期三 24()tt2023年1月4日星期三 25 第三节 直流电动机驱动电路 自学 2023年1月4日星期三 26 第四节直流电动机转矩转速控制 直流电动机转速（转矩）控制的一般形式 MG给定速度速度控制器电流控制器功放电流反馈速度反馈速度环电流环2023年1月4日星期三 27 电流环 11aaRT stK1Js()aIs()dT s()seK()aUs()iiK G s()iU s(1)()iiiiiKsK G ss设 并令 iaT2023年1月4日星期三 28 11aaRT stK1Js()aIs()dT s()s1eaiaKT sK T s(1)iiiKss()iU stK1Js()aIs()dT s()s1eaiaKT sK T siaiKRs()iU s2023年1月4日星期三 29 tK1Js()aIs()dT s()s1eaiaKT sK T s11aT s()iU s1iK 若，0aaTR 并令则()adtRT sK()s1eaiaKT sK T staKR Js()iU s2023年1月4日星期三 30 1()()()1()()eaidmttidaKRsU sT sT sKKU sT sJs R只和J有关，与Ta和Ke无关 1()()()adtIsJssT sK()()/()aiaIsU sR s()()()tmtaiaKTsK IsU sR2023年1月4日星期三 31()tt2023年1月4日星期三 32 作用 加快电流建立速度，提高频响；直接控制动态力矩；保护作用，避免过电流；2023年1月4日星期三 33 速度环 taKR1Js()dT s()sfKvK()vUs()iU s1()()(),1famevdmmvtvfKRT KsUsT sTT sK KK K 其中2023年1月4日星期三 34 taKR1Js()dT s()sfK(1)vvvK T sT s()vUs()iU s211()()()11vavvdfmvvvtvT sRT ssUsT sK T T sT sK K T s2023年1月4日星期三 35 第五节无刷直流电动机 有刷直流电动机的缺点 换向器火花 电磁噪音 易燃、易爆 换向器寿命 易磨损 易积碳 换向器加工工艺复杂、成本高 转子散热不良 2023年1月4日星期三 36 工作原理 SN170170 SNDC2023年1月4日星期三 37 2023年1月4日星期三 38 112323+Vs-Vs120120SN312DCDC1232023年1月4日星期三 39 120120312123UVWiuiviw 120120312123UVW120120312123UVW120120312123UVW120120312123UVW120120312123UVW2023年1月4日星期三 40 2023年1月4日星期三 41 2极无刷电机 4极无刷电机 2023年1月4日星期三 42 2023年1月4日星期三 43 2023年1月4日星期三 44 2023年1月4日星期三 45 数学模型 2emmat aTpiK immdeppdtuvwuuuvuwvvvwvwwwwdididiuRiLMMedtdtdtdididiuRiLMMedtdtdtdididiuRiLMMedtdtdt2023年1月4日星期三 46()()()uuuuvvvvwwwwdiuRiLMedtdiuRiLMedtdiuRiLMedt02()2()2aaaaaaemeRRdiURiLKdRLLMKptemddJTTdt2023年1月4日星期三 47 无刷直流电动机的转速控制 M G 给 定 速 度 速 度 控 制 器 电 流 控 制 器 功 放 电 流 反 馈 速 度 反 馈 速 度 环 电 流 环 控制逻辑 PS 2023年1月4日星期三 48 第六节永磁同步电动机矢量控制 工作原理 120120312123iuiviwUVW2023年1月4日星期三 49 2023年1月4日星期三 50 coscos(120)cos(240)uAvAvAiitiitiit32jsuvwssAiiiii eiitUVWiuiviwr2023年1月4日星期三 51 数学模型(cossin)jssabsii rijiij三相 正交两相 dq变换 risibiaiqidcossinsincosdabqabiiiiii 2023年1月4日星期三 52 dqrLijLirisibiaiqiddjdtt()()dqqdrdideLL idtdtdij LL idt 2023年1月4日星期三 53 emr qt qTiK iemddJTTdtdddqqqqeddiuLRiL idtdiuLRiKL idttK1Js1LsR()qIs()dT s()seK()qUs1LsR()dIs()dUs()()qLs Is()()dLs Is2023年1月4日星期三 54 0dqqqeemt qidiuLRiKdtTK i如使190dddtdt2023年1月4日星期三 55 矢量控制*0di*qiPID PID je2 3PWM逆变器 MS PS je3 2diqiduquaububiaiuiviwiuuvuwu2023年1月4日星期三 56 第七节交流感应电动机 原理与结构 2023年1月4日星期三 57 UVWUVW2023年1月4日星期三 58 2023年1月4日星期三 59 等效电路 等效为旋转的变压器 202022EIRjX转子感应电流 12022EIRjX 折合到定子 11S转差率 R1R2E1E2jX1jX22023年1月4日星期三 60 U1I1R1jX1E1Zm2R2I2jX21SRS112222221SEEISRjSXRjXRS 22022,sin,dEtESEXSXdt2023年1月4日星期三 61 电磁转矩 112222221SEEISRjSXRjXRS 22222221SPIRIRS发热 作功 222122222222112231133()emESRSTIRIRSSRS X2023年1月4日星期三 62 211122111,mmmRZRjXZjXZRjXS222111123()()()memmmZRTF SUZ ZZZZS力矩为S的函数，且非线性 2023年1月4日星期三 63 机械特性 堵转转矩 最大转矩 2121221122301,()bERSTRX 212max21230,2emETRSTSXX 2023年1月4日星期三 64 2023年1月4日星期三 65 第八节 交流感应电动机变频调速 恒压频比调速（VVVF）11Econst111(1)SS21max1232ETX2023年1月4日星期三 66 TemTmax2023年1月4日星期三 67 转差频率控制 条件：稳定运行时，S很小（约0.020.05），则可认为SX2R 2，则有 211123,emETR 11,emtEconstTK如 2023年1月4日星期三 68 TemmaxTmaxTd2023年1月4日星期三 69 条件：不变Im不变 22222122222()()()mmmRLLIIIIRL I10Im2023年1月4日星期三 70 转速 控制器 电流 控制器 逆变器 电流反馈 I1*I1 IM TG 1 2023年1月4日星期三 71 第九节交流感应电动机矢量控制 数学模型 UVWiuiviwrrisibiaiqid2023年1月4日星期三 72 risisqisdirirqird转子轴dq变换 2023年1月4日星期三 73 1.转子电压平衡方程 20rrdR idt()rrrddjdttdt其中 20rrdR it直轴分量 2()0rqrdR idt交轴分量