转差频率的设计

1 基频以下的电压补偿控制 在基频以下运动时 采用恒压频比的控制方法具有以下控制简单的优点 但负载 变化时定子压降不同时 将导致磁通改变 因此需采用定子电压补偿控制 根据定子 电流的大小改变定子电压 以保持磁通恒定 如图 1 1 所示 为了使参考极性与电动 状态下的实际极性相吻合 感应电动势采用电压降的表示方法 由高电位指向低电位 图 1 1 异步电动机等效电路和感应电动势 表示气隙磁通在定子每相绕组中的感应电动势 即与此相 m mNssg kNfE 1 44 4 应 定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势为 m 1 msNsss kNfE 1 44 4 1 由式 1 1 可知 只要使 即可保持定子磁通恒定 但定子电动势不好常值 1 f ES m 直接控制 能够直接控制的只有定子电压 Us 而 Us与 Es的关系是 1 s s EIRU 2 其相量差为定子电阻压降 只要适当地提高定子电压 Us 按式 1 1 补偿定子电阻压 降 以保持 常值 1 f ES 忽略励磁电流时 由图 1 1 等效电路可得转子电流幅值为0 I 1 3 2 2 1 2 lsls r s r LLw s R E I 代入电磁转矩关系式 得 s R LLw s R E w n T r lsls r s p e 2 2 1 2 2 1 3 1 4 2 2 1 22 12 1 3 lrlsr rs p LLwsR Rsw w E n 再将恒压频比控制时的转矩重新列出 1 2 2 1 22 1 2 1 2 2 1 2 2 1 3 3 lrr r g p r lr r gp e LwsR Rsw w E n s R Lw s R E w n T 5 2 1 转差频率控制的基本概念 运动控制系统的根本问题是转矩的控制由 1 5 式给出异步电动机恒气隙磁通的 电磁转矩公式 2 2 1 22 1 2 1 2 2 1 2 2 1 3 3 lrr r g p r lr r gp e LwsR Rsw w E n s R Lw s R E w n T 将代入上式 得 mNssmNssmNssg kNwkN w kNfE 1 1 1 2 1 2 44 4 44 4 2 2 2 1 22 1222 2 3 lrr r mNsNsspe LwsR Rsw kkNnT 1 试中 是电动机的结构常数 定义转差角频率 则 mNsNssp KkkNn 22 2 3 1 swws 2 2 2 2 2 lrsr rs mme LwR Rw KT 当电动机稳态运行时 转差率 s 较小 因而也较小 也可以认为 s w rlrs RLw 则转矩可近似表示为 2 2 r s mme R w KT 3 由此可知 若能够保持气隙磁通不变 且在 s 值较小的稳定运行范围内 异步电动 m 机的转矩就近似与转差角频率成正比 也就是说 在保持气隙磁通不变的前提下 s w m 可以通过控制转差角频率来控制转矩 这就是转差频率的控制基本思想 s w 2 2 转差频率控制的特点 式 2 3 的转矩表达式是在较小的条件下得到的 当较大时 就采用 2 s w s w 2 的转矩公式 图 2 1 转矩特性 即机械特性 Te f 由此图可见 在较小 s w s w 的稳定运行段 转矩 Te 基本上与成正比 当 Te达到其最大值 Tem时 达到临界 s w s w 值 当继续增大时 转矩反而减小 此段特性对于恒转矩负载为不稳定工作区 sm w s w 域 图 2 1 Te f 机械特性 s w 对于式 2 2 取 可得临界转差角频率0 s e dw dT 2 lr r lr r sm L R L R w 4 对应的最大转矩 临界转矩 为 2 2 2 lr mm em L K T 5 要保证系统稳定运行 必须使 s sm 因此 在转差频率控制系统中 必须对 s加以 限制 使系统允许的最大转差频率小于临界转差频率 2 max lr r sms L R ww 6 这样就可以保持 Te与 ws的正比关系 也就可以用转差频率来控制转矩 按恒 Eg w1控制时可保持 m恒定 由异步电动机等效电路可得定子电压为 2 1 1 11 w w E LjwRIELjwRIU g lsssglsss 7 由此可见 要实现恒 Eg w1控制 必须采用定子电压补偿控制 以抵消定子电阻和 漏抗的电压降 理论上说 定子电压补偿应该是幅值和相位的补偿 但这无疑使控制 系统复杂 若忽略电流相量相位变化的影响 仅采用幅值补偿 则电压 频率特性为 gslssss EILwRIwfU 2 1 2 1 2 111 1 1 wCIwZw w E IwZ gsls N gN sls 8 式中 常数 N gN g w E C 1 W1N 额定角频率 额定气隙磁通 mN在额定角频率下定子每项绕组中的感应电动势 gN E 采用定子电压补偿恒 Eg w1控制的电压 频率特性 Us f w1 Is 如图 2 2 所示 高频时 定子漏抗压降占主导地位 可忽略定