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1、电传动控制技术机车电传动控制技术机车调速调速本讲稿第一页，共八十七页直流牵引电机及其调速方式直流牵引电机及其调速方式电机的工作特性与机车牵引特性电机的工作特性与机车牵引特性机车牵引特性的限制机车牵引特性的限制电气稳定性电气稳定性牵引电机牵引电机牵引电机之间的负载分配牵引电机之间的负载分配电压波动对牵引电机的影响电压波动对牵引电机的影响功率利用功率利用粘着重量的利用粘着重量的利用直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法本讲稿第二页，共八十七页电机的工作特性与机车牵引特性工作特性工作特性:n、T、=f（Ia）U=UN If=IfN 机械特性机械特性:n=f（T）直流牵引电机特性直流牵引电机
2、特性 直流牵引电机及其调速方式本讲稿第三页，共八十七页直流电机工作原理直流电机工作原理本讲稿第四页，共八十七页电机励磁方式电机励磁方式本讲稿第五页，共八十七页转速特性 n=f(Ia)n =(U-IaRa)/Ce nIa(T)0本讲稿第六页，共八十七页转矩特性 T=f(Ia)T=CT Ia(或或M=CM Ia)0TIa本讲稿第七页，共八十七页机械特性 n=f(T)T Ia 机械特性具有与机械特性具有与转速特性相似转速特性相似的形状的形状nT0本讲稿第八页，共八十七页机车的牵引特性 机车轮周牵引力机车轮周牵引力机车轮周牵引力机车轮周牵引力F FK和轮周线速度和轮周线速度和轮周线速度和轮周线速度V
3、VK K之间的关系之间的关系F FK=f（V VK K）机车的速度特性机车的速度特性机车的速度特性机车的速度特性 V VK =f(=f(a)机车的牵引力特性机车的牵引力特性 F FK K=f(=f(a)本讲稿第九页，共八十七页Fz:齿轮齿上所受的力DK3.轮对FK1.小齿轮节圆2.大齿轮节圆本讲稿第十页，共八十七页 机车的速度特性机车的速度特性 V VK K=f(Ia)=f(Ia)机车的牵引力特性机车的牵引力特性 FK=f(Ia)VK n V VKK=f(I=f(Ia)与与与与 形状相同形状相同形状相同形状相同 FK T V VKK=f(I=f(Ia a)与与 形状相同形状相同形状相同形状相同
4、 机车的牵引特性机车的牵引特性FK=f(VK)由由 直接决直接决定定本讲稿第十一页，共八十七页DJ 1 DJ 1 牵引牵引-速度曲线（速度曲线（F-v-DiagramF-v-Diagram）机车牵引特性曲线机车牵引特性曲线机车牵引特性曲线机车牵引特性曲线本讲稿第十二页，共八十七页机车牵引特性的限制 2.3.4.5.Fv4352本讲稿第十三页，共八十七页SS8型电力机车牵引特性型电力机车牵引特性 本讲稿第十四页，共八十七页CRH2牵引特性曲线本讲稿第十五页，共八十七页各种励磁方式电机特性分析一、串励和并励直流牵引电机性能比较一、串励和并励直流牵引电机性能比较（一）机械稳定性和电气稳定性（一）机械
5、稳定性和电气稳定性本讲稿第十六页，共八十七页机械稳定性 指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因，引起速度发生变化指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因，引起速度发生变化后，机车本身能恢复到原有的稳定运行状态。后，机车本身能恢复到原有的稳定运行状态。机械稳定性的条件：机械稳定性的条件：牵引特性曲线斜率牵引特性曲线斜率基本阻力曲线斜率基本阻力曲线斜率即：即：dF/dv dW0/dv一般一般dW0/dv0 不具有稳定性不具有稳定性 其他电动机其他电动机dF/dv 0 均具有机械稳定性均具有机械稳定性 本讲稿第十七页，共八十七页F/W0v01.基本阻力曲线基本阻力曲线W0=f(v)A3F3=f3(
6、v)2F2=f2(v)v1v机械稳定性分析图示机械稳定性分析图示本讲稿第十八页，共八十七页电气稳定性 指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因，指机车牵引列车正常运行时，由于偶然的原因，引起电机电流发生微量变化后，机车本身能恢复到引起电机电流发生微量变化后，机车本身能恢复到原有的稳定运行状态。原有的稳定运行状态。动态电压平衡方程式：动态电压平衡方程式：Ud =E+IdR+L(dId/dt)E =Ce n Ud =Ce n+IdR+L(dId/dt)本讲稿第十九页，共八十七页电气稳定性分析图示电气稳定性分析图示UdId0AId1 Id12本讲稿第二十页，共八十七页牵引电机电气稳定的必要条件：牵引
7、电机电气稳定的必要条件：dUd/dId 0即电动机即电动机Ce n+IdR=f（Id）的曲线斜率为的曲线斜率为正值就具有电气稳定性正值就具有电气稳定性本讲稿第二十一页，共八十七页直流电机电气稳定性直流电机电气稳定性UdId0AUdId0AB本讲稿第二十二页，共八十七页牵引电机之间的负载分配 牵引电机特性有差异牵引电机特性有差异 动轮直径相同动轮直径相同 动轮直径不同动轮直径不同 牵引电机特性相同牵引电机特性相同本讲稿第二十三页，共八十七页牵引电机特性有差异牵引电机特性有差异（动轮直径相同）（动轮直径相同）TId0nnT2211Id1Id2nT2T1本讲稿第二十四页，共八十七页牵引电机特性有差异
8、牵引电机特性有差异（动轮直径相同）（动轮直径相同）TId0n21T21Id1Id2nT2T1本讲稿第二十五页，共八十七页 牵引电机动轮直径不同牵引电机动轮直径不同（特性相同）（特性相同）TId0nnTId1Id2n1T2T1n2本讲稿第二十六页，共八十七页 牵引电机动轮直径不同牵引电机动轮直径不同（特性相同）（特性相同）TId0nTId2Id1n1T1T2n2本讲稿第二十七页，共八十七页电压波动对牵引电机的影响电压波动对牵引电机的影响TId0nnT21Id2Id1nT2T1本讲稿第二十八页，共八十七页并励并励:TId0n21TId1Id2nT2T1 转速不变转速不变 工作曲线由工作曲线由n1变
9、为变为n2本讲稿第二十九页，共八十七页功率利用T(F)0n(v)n1T2T1n2acT(F)0n(v)n1T2T1n2bd本讲稿第三十页，共八十七页列车牵引理论基础列车牵引理论基础轮轨相互作用原理轮轨相互作用原理电传动机车电传动机车MivRiFiFiOOfifiGiGi 动轮正压力动轮正压力Mi 驱动转矩驱动转矩Ri 动轮半径动轮半径fi 静摩擦力静摩擦力 fi 静摩擦力静摩擦力 反作用力反作用力当车轮与钢轨间无滑动：当车轮与钢轨间无滑动：fi Fi 动轮绕动轮绕O点作纯滚动运动点作纯滚动运动机车处于粘着状态机车处于粘着状态本讲稿第三十一页，共八十七页粘着重量的利用粘着重量的利用（防空转性能）
10、（防空转性能）F0vF121nF2a本讲稿第三十二页，共八十七页并励电动机防空转性能1:最大粘着曲线 2:滑动摩擦力曲线 3:并励电机机械特性T(F)0n(v)v3v0AB11223粘着条件破坏粘着条件破坏 1-1 2-2 牵引力牵引力最大粘着限制最大粘着限制 逐渐逐渐发生空转发生空转 v A 滑动摩擦滑动摩擦力力=牵引力，停止空转牵引力，停止空转 假设电机原来工作在假设电机原来工作在B点点 v0本讲稿第三十三页，共八十七页串励电动机防空转性能1:最大粘着曲线 2:滑动摩擦力曲线 4/5:串励电机机械特性粘着条件破坏粘着条件破坏 1-1 2-2 牵引力牵引力最大粘着限制最大粘着限制 逐渐逐渐发
11、生空转发生空转 v A 滑动摩擦滑动摩擦力力=牵引力，停止空转牵引力，停止空转 T(F)0n(v)v4v0AB112245假设电机原来工作在假设电机原来工作在B点点 v0本讲稿第三十四页，共八十七页他励牵引电动机优点：优点：合适的调节特性合适的调节特性优良的防空转特性优良的防空转特性充分发挥机车牵引力充分发挥机车牵引力 能实现无级磁场削弱能实现无级磁场削弱便于牵引制动工况转换便于牵引制动工况转换nId0If5If4If3If2If1If1 If2 If3 If4 If5本讲稿第三十五页，共八十七页积复励牵引电机积复励牵引电机MMM 日日本本微微机机控控制制机机车车 串串励励绕绕组组与与各各自自
12、的的电电枢枢串串联联 各各电电机机他他励励绕绕组组串串联联后后进进行行 集集中中控控制制6K本讲稿第三十六页，共八十七页直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法直流电传动机车的调速方法 调节电机电压调节电机电压 调节主磁通调节主磁通n=Ud Id RCe 本讲稿第三十七页，共八十七页调节端电压调节端电压调节端电压调节端电压改变牵引电机的连接方式改变牵引电机的连接方式牵引电动机与电阻串联牵引电动机与电阻串联改变牵引变压器的输出电压改变牵引变压器的输出电压改变牵引发电机的转速和励磁电流改变牵引发电机的转速和励磁电流改变同步牵引发电机定子绕组接法改变同步牵引发电机定子
13、绕组接法本讲稿第三十八页，共八十七页 改变牵引电机的连接方式改变牵引电机的连接方式改变牵引电机的连接方式改变牵引电机的连接方式MMMMUNUd=UN/4MMMMUNUd=UN/2MMMMUNUd=UN优点：优点：优点：优点：缺点：缺点：缺点：缺点：本讲稿第三十九页，共八十七页 牵引电动机与电阻串联牵引电动机与电阻串联牵引电动机与电阻串联牵引电动机与电阻串联优点：优点：缺点：缺点：MUN逐渐切除与电枢串联的电阻进行调速MUN调节斩波器导通比进行调速CH本讲稿第四十页，共八十七页 改变牵引变压器的输出电压改变牵引变压器的输出电压改变牵引变压器的输出电压改变牵引变压器的输出电压改变变压器的匝数 改变
14、变压器输出电压 Ud根据根据变压变压器调器调压抽压抽头的头的位置位置高压侧调压高压侧调压高压侧调压高压侧调压低压侧调压低压侧调压低压侧调压低压侧调压SS2SS2SS1SS1本讲稿第四十一页，共八十七页 改变牵引发电机的转速和励磁电流改变牵引发电机的转速和励磁电流改变牵引发电机的转速和励磁电流改变牵引发电机的转速和励磁电流柴油机转速柴油机转速 同轴的发电机转速同轴的发电机转速 由于牵引发由于牵引发电机的励磁机是由柴油机驱动的电机的励磁机是由柴油机驱动的 励磁机的转励磁机的转速变化速变化 电机电压变化电机电压变化柴油机GMMM本讲稿第四十二页，共八十七页 改变同步牵引发电机定子绕组接法改变同步牵引
15、发电机定子绕组接法改变同步牵引发电机定子绕组接法改变同步牵引发电机定子绕组接法 双星形：双星形：T1 T2 T3 T1 T12 T13低速：低速：高速：高速：MM T1T2T3 T11T12 T13AS1AS2本讲稿第四十三页，共八十七页调节主极磁通调节主极磁通调节主极磁通调节主极磁通磁场分路法：主极绕组两端并联一级或数级分路磁场分路法：主极绕组两端并联一级或数级分路电阻，从而减小励磁电流和磁通电阻，从而减小励磁电流和磁通MUd+-R212R1IdILK1、K2断开断开 Id=IL 满磁场满磁场 K1闭和闭和 R1分流分流 K2闭和闭和 R2分流分流 K1、K2闭和闭和 R1、R2分流分流本讲
16、稿第四十四页，共八十七页磁场削弱系数磁场削弱系数 磁场削弱系数：磁场削弱系数：在牵引电动机电枢电流相同的条件下，磁在牵引电动机电枢电流相同的条件下，磁场削弱的磁势场削弱的磁势(IW)与全磁场时的励磁磁势与全磁场时的励磁磁势(IW)d之比之比假设主极绕组匝数为假设主极绕组匝数为W 电阻为电阻为RL 分路电阻为分路电阻为R，计算此时的磁，计算此时的磁场削弱系数场削弱系数？本讲稿第四十五页，共八十七页交流电机调速方法交流电机调速方法1-1-轴承盖；轴承盖；2-2-端盖；端盖；3-3-接线盒；接线盒；4-4-定子铁心；定子铁心；5-5-定子绕组；定子绕组；6-6-散热筋；散热筋；7-7-转轴；转轴；8
17、-8-转子；转子；9-9-风扇；风扇；10-10-罩壳；罩壳；11-11-轴承；轴承；12-12-机座机座12 23 36 64 45 57 78 89 9101011111212本讲稿第四十六页，共八十七页U2U1W2V1W1V2n三相异步电动机基本工作原理三相异步电动机基本工作原理电生磁：三相对称绕组通电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形往三相对称电流产生圆形旋转磁场。旋转磁场。磁生电：旋转磁场切割转磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流子导体感应电动势和电流电磁力：转子载流（有功电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电下受电磁
18、力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。磁转矩，驱动电动机旋转。本讲稿第四十七页，共八十七页异步电动机改变电压时的机械特性异步电动机改变电压时的机械特性 根据电机学原理，忽略空间和时间谐波，忽略磁饱和，忽根据电机学原理，忽略空间和时间谐波，忽略磁饱和，忽略铁损略铁损，异步电机的稳态等效电路图异步电机的稳态等效电路图本讲稿第四十八页，共八十七页 异步电动机机械特性异步电动机机械特性由图可以导出由图可以导出 式中式中在一般情况下，在一般情况下，LmLl1，则，则C1 1 本讲稿第四十九页，共八十七页 异步电动机机械特性异步电动机机械特性令电磁功率令电磁功率 Pm=3Ir2 Rr/s 同步机械角转速同
19、步机械角转速 m1=1/np式中式中 np 极对数，则异步电机的电磁转矩为极对数，则异步电机的电磁转矩为 当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比本讲稿第五十页，共八十七页TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性风机类负载特性恒转矩负载特性恒转矩负载特性异步电动机异步电动机不同电压下的机械特性不同电压下的机械特性 异步电动机机械特性异步电动机机械特性Temaxsm本讲稿第五十一页，共八十七页异步电机变频调速特性分析异步电机变频调速特性分析在基频以下：磁通恒定转矩恒定，属于恒转矩调速在基频以下：磁通恒定转矩恒定，属于恒转矩调速在基频以上：
20、转速升高转矩下降，属于恒功率调速在基频以上：转速升高转矩下降，属于恒功率调速 本讲稿第五十二页，共八十七页异步电机变频调速特性分析异步电机变频调速特性分析f1N异步电机变压变频调速的控制特性 恒转矩调速恒转矩调速UsUsNmNm恒功率调速恒功率调速mUsf1O本讲稿第五十三页，共八十七页异步电动机恒压恒频机械特性异步电动机恒压恒频机械特性 当当s接近于接近于1时，转矩与时，转矩与s成反比，对称于原点的双曲线成反比，对称于原点的双曲线当当s很小时，转矩近似于很小时，转矩近似于s成正比，直线成正比，直线本讲稿第五十四页，共八十七页异步电动机恒压恒频机械特性异步电动机恒压恒频机械特性smnn0sTe
21、010TeTemaxTemax恒压恒频时异步电机的机械特性本讲稿第五十五页，共八十七页恒压频比控制（恒压频比控制（Us/1）在恒压频比的条件下改变在恒压频比的条件下改变频率频率1时，机械特性基本时，机械特性基本上时平行下移的；上时平行下移的；频率很低时，最大转矩太小频率很低时，最大转矩太小将限制电机的带载能力，采将限制电机的带载能力，采用定子压降补偿，适当的提用定子压降补偿，适当的提高电压高电压Us，可以增强带载能，可以增强带载能力。力。On恒压频比控制时变频调速的机械特性补偿定子压降后的特性本讲稿第五十六页，共八十七页恒恒Eg/1控制控制机械特性与恒压频机械特性与恒压频比特性相似比特性相似本
22、讲稿第五十七页，共八十七页恒恒Eg/1控制控制当当Eg/1为恒值时，为恒值时，Temax恒定不变，其稳态性恒定不变，其稳态性能优于恒能优于恒Us/1控制的性能。控制的性能。OnTemax恒 Eg/1 控制时变频调速的机械特性本讲稿第五十八页，共八十七页恒恒Er/1控制控制机械特性完全是一条直线，稳态性能最好，可以获机械特性完全是一条直线，稳态性能最好，可以获得和直流电机一样的线性机械特性；得和直流电机一样的线性机械特性；按照转子全磁通幅值按照转子全磁通幅值rm=恒定进行控制，就可以获恒定进行控制，就可以获得恒得恒Er/1控制。控制。本讲稿第五十九页，共八十七页三种控制方式比较三种控制方式比较0
23、s10Te不同电压频率协调控制方式时的机械特性恒 Er/1 控制恒 Eg/1 控制恒 Us/1 控制ab c本讲稿第六十页，共八十七页基频以上恒压变频机械特性基频以上恒压变频机械特性定子电压保持不定子电压保持不变；变；当角频率提高时，当角频率提高时，同步转速随之提同步转速随之提高，最大转矩减高，最大转矩减小，机械特性上小，机械特性上移，而形状基本移，而形状基本不变。不变。恒功率调速恒功率调速O 基频以上恒压变频调速的机械特性本讲稿第六十一页，共八十七页交流电机（异步）的矩速特性交流电机（异步）的矩速特性 本讲稿第六十二页，共八十七页关键问题关键问题?本讲稿第六十三页，共八十七页机车牵引中异步电
24、机的运行特性机车牵引中异步电机的运行特性恒力矩起动采用恒压频比控制：低频时适当提高电压，抵消定子绕组内阻的影响。采用恒磁通控制电机各参数与频率的关系：本讲稿第六十四页，共八十七页恒功率运行恒功率运行 恒功率1：恒功率2：本讲稿第六十五页，共八十七页第一种恒功率的特点：最小逆变器，最大电机 恒功率1：本讲稿第六十六页，共八十七页第二种恒功的特点：最大逆变器，最小电机第二种恒功的特点：最大逆变器，最小电机恒功率2：本讲稿第六十七页，共八十七页交流传动异步电机控制技术交流传动异步电机控制技术U/f恒定控制恒定控制转差频率控制转差频率控制磁场定向控制磁场定向控制 转子旋转坐标系转子旋转坐标系直接转矩控
25、制直接转矩控制 定子绕组坐标系定子绕组坐标系本讲稿第六十八页，共八十七页数字控制通用变频器-异步电动机调速系统M3电压检测泵升限制电流检测温度检测电流检测单片机显示设定接口PWM发生器驱动电路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR2本讲稿第六十九页，共八十七页控制电路控制电路tff*ufu斜坡函数斜坡函数U/f 曲线曲线脉冲发生器脉冲发生器驱动驱动电路电路工作频工作频率设定率设定升降速升降速时间设定时间设定电压补偿设定电压补偿设定PWM产生产生PWM变压变频器的基本控制作用变压变频器的基本控制作用 本讲稿第七十页，共八十七页U/f恒定控制恒定控制U/f控制是在改变电动机电源频率的同时改
26、变电动机控制是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调电源的电压，使电动机磁通保持一定，在较宽的调速范围内，电动机的效率，功率因数不下降。因为速范围内，电动机的效率，功率因数不下降。因为是控制电压与频率之比，称为是控制电压与频率之比，称为U/f控制。控制。存在问题：存在问题：低速性能较差，转速极低时，电磁转矩无法克服较大的静摩擦力，低速性能较差，转速极低时，电磁转矩无法克服较大的静摩擦力，不能恰当的调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化；不能恰当的调整电动机的转矩补偿和适应负载转矩的变化；无法准确的控制电动机的实际转速。由于恒无法准确的控制电动机的实际
27、转速。由于恒U/f变频器是转变频器是转速开环控制，设定值为定子频率也就是理想空载转速，而电速开环控制，设定值为定子频率也就是理想空载转速，而电动机的实际转速由转差率所决定，所以动机的实际转速由转差率所决定，所以U/f恒定控制方式存在的恒定控制方式存在的稳定误差不能控制，故无法准确控制电动机的实际转速。稳定误差不能控制，故无法准确控制电动机的实际转速。本讲稿第七十一页，共八十七页转差频率控制基本原理转差频率控制基本原理在在 s 较小的稳态运较小的稳态运行段上，转矩行段上，转矩 Te基基本上与本上与 s 成正比，成正比，当当Te 达到其最大值达到其最大值Temax 时，时，s 达到达到 smax值
28、。值。smaxsmTemaxTemsTe0 按恒m值控制的 Te=f(s)特性 本讲稿第七十二页，共八十七页转差频率基本控制规律一转差频率基本控制规律一 转差频率控制系统中，只要给转差频率控制系统中，只要给 s s 限幅，使限幅，使其限幅值为其限幅值为 就可以基本保持就可以基本保持 T Te e与与 s s 的正比关系，也就可的正比关系，也就可以用转差频率控制来代表转矩控制。以用转差频率控制来代表转矩控制。这是转差这是转差频率控制的基本规律之一。频率控制的基本规律之一。本讲稿第七十三页，共八十七页转差频率基本控制规律二转差频率基本控制规律二规律一是在保持规律一是在保持 m恒定恒定的前提下才成立
29、的，如何的前提下才成立的，如何实现？实现？按恒按恒 Eg/1 控制时可保控制时可保持持 m恒定。恒定。要实现恒要实现恒 Eg/1控制，须在控制，须在Us/1=恒值恒值的基础上再提高电压的基础上再提高电压 Us 以补偿定子电流压降。以补偿定子电流压降。不同定子电流时恒控制所需的电压-频率特性OUs/1=Const.Eg/1=Const.定子电流增大的趋势本讲稿第七十四页，共八十七页转差频率控制策略转差频率控制策略 总结起来，转差频率控制的规律是：总结起来，转差频率控制的规律是：（1）在）在 s sm 的范围内，转矩的范围内，转矩 Te 基本上与基本上与 s 成正比，条件是气隙磁通不变。成正比，条
30、件是气隙磁通不变。（2）在不同的定子电流值时，按）在不同的定子电流值时，按 Us=f(1,Is)函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通磁通 m恒定。恒定。本讲稿第七十五页，共八十七页转差频率控制转差频率控制系统组成系统组成FBS电压型逆变器PWMM3 ASR 转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统结构原理图本讲稿第七十六页，共八十七页转差频率控制特点转差频率控制特点转差角频率与实测转速信号相加后得到定子频率输入信号，转差角频率与实测转速信号相加后得到定子频率输入信号，是转差频率控制系统突出的特点或优点。在调速过程中，实是转差频率控制系统突出的特点或
31、优点。在调速过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或下降，加、减速平滑而且际频率随着实际转速同步地上升或下降，加、减速平滑而且稳定。在动态过程中转速调节器稳定。在动态过程中转速调节器ASR饱和，系统能用对应饱和，系统能用对应于的限幅转矩进行控制，保证了在允许条件下的快速性。于的限幅转矩进行控制，保证了在允许条件下的快速性。与直流双闭环系统存在差距的原因：与直流双闭环系统存在差距的原因：所谓的所谓的“保持磁通恒定保持磁通恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。的结论也只在稳态情况下才能成立。函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相位，函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相
32、位，而在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。而在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。在频率控制环节中，取在频率控制环节中，取 ，使频率得以与转速同，使频率得以与转速同步升降如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频步升降如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。衰减地传递到频率控制信号上来了。本讲稿第七十七页，共八十七页矢量控制基本思路矢量控制基本思路磁场定向控制。它是磁场定向控制。它是70年代初由西德年代初由西德F.Blasschke
33、等等人首先提出，以直流电机和交流电机比较的方法阐述了人首先提出，以直流电机和交流电机比较的方法阐述了这一原理。这一原理。3/2VR等效直流等效直流电机模型电机模型ABC iAiBiCitimii异步电动机异步电动机本讲稿第七十八页，共八十七页矢量控制系统原理结构图矢量控制系统原理结构图控制器控制器VR-12/3电流控制变电流控制变频器频器3/2VR等效直流等效直流电机模型电机模型+i*m1i*t1 1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1i1im1it1反馈信号异步电动机给定信号 矢量控制系统原理结构图控制器控制器VR-12/3电流控制电流控制变频器变频器3/2VR等效直流等效直流电机
34、模型电机模型+i*m1i*t1 1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1i1im1it1反馈信号异步电动机给定信号 本讲稿第七十九页，共八十七页直接矢量控制直接矢量控制电流控制变频器异步电机矢量变换模型本讲稿第八十页，共八十七页带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统VR-12/3LrATRASRAR 电流变换和磁链观测M3TA+cos sin isnpLmis*T*eTe*rrri*sti*smi*si*si*sAi*sBi*sCist电流滞环型电流滞环型PWM变频器变频器微型计算机微型计算机本讲稿第八十一页，共八十七页p1K/PACRURCSIMTG+TA+Ld3+sTrLmLmTr
35、 p+1ASR矢量控制器1*s*si*sisi*sti*sm*r*TG间接矢量控制间接矢量控制本讲稿第八十二页，共八十七页直接转矩控制直接转矩控制 1985年，德国鲁尔大学的年，德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出教授首次提出了直接转矩控制理论，该技术在很大程度上解决了了直接转矩控制理论，该技术在很大程度上解决了矢量控制的不足，它不是通过控制电流，磁链等量矢量控制的不足，它不是通过控制电流，磁链等量间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制。转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信息，转矩控制是控制定子磁链，在本质上并不需要转速信
36、息，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，控制上对除定子电阻外的所有电机参数变化鲁棒性良好，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，所引入的定子磁链观测器能很容易估算出同步速度信息，因而能方便的实现无速度传感器，这种控制被称为无速因而能方便的实现无速度传感器，这种控制被称为无速度传感器直接转矩控制。度传感器直接转矩控制。本讲稿第八十三页，共八十七页直接力矩控制基本原理直接力矩控制基本原理本讲稿第八十四页，共八十七页DTC系统存在的问题系统存在的问题由于采用砰由于采用砰-砰控制，实际转矩必然在上下限砰控制，实际转矩必然在上下限内脉动，而不是完全恒定的。内脉动，而不是完全恒定
37、的。由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累积误差和定子电阻的变化都会影积分初值、累积误差和定子电阻的变化都会影响磁链计算的准确度。响磁链计算的准确度。两个问题的影响在低速时都比较显著，因而两个问题的影响在低速时都比较显著，因而使使DTC系统的调速范围受到限制。系统的调速范围受到限制。本讲稿第八十五页，共八十七页直接转矩控制系统与直接转矩控制系统与矢量控制系统的比较矢量控制系统的比较特点与性能直接转矩控制系统 矢量控制系统磁链控制 定子磁链 转子磁链转矩控制 砰-砰控制，脉动 连续控制，平滑旋转坐标变换 不需要 需要转子参数变化影响 无 有调速范围 不够宽 较宽本讲稿第八十六页，共八十七页小 结直流调速直流调速牵引电机的工作特性与机车的牵引特性牵引电机的工作特性与机车的牵引特性工作特性工作特性牵引特性牵引特性各种励磁方式牵引电机特性分析各种励磁方式牵引电机特性分析串并励牵引电机特性比较串并励牵引电机特性比较他励和积复励电机特性他励和积复励电机特性直流电传动机车调速方法直流电传动机车调速方法调节电机端电压调节电机端电压调节主极磁通调节主极磁通 磁场分路法（磁场分路法（）交流调速交流调速V/F V/F 转差控制转差控制 矢量控制矢量控制 直接转矩直接转矩本讲稿第八十七页，共八十七页