异步电动机的动态数学模型

武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程设计说明书

目录

1.1三相异步电动机的多变量非线性数学模型......................... 3

1.1.1异步电动机三相动态模型的数学表达式 ..................... 4 1.1.2异步电动机三相原始模型的性质 ........................... 5 1.2坐标变换..................................................... 6

1.2.1坐标变换的基本思路 ..................................... 6 1.2.2三相-两相变换（3/2变换）............................... 7

1异步电动机动态数学模型 ............................................ 2

2异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型 ........................... 10

2.1静止两相正交坐标系中的动态数学模型.......................... 10 2.2旋转正交坐标系中的动态数学模型....

目录

概述................................................................................................................................ 1 1课程设计任务与要求................................................................................................. 2 2异步电动机动态数学模型......................................................................................... 3

2.1三相异步电动机的多变量非线性数学模型 .................................................................... 4 2.2 坐标变换 .............................................................................

6.5 异步电动机的动态数学模型和坐标变换 本节提要

异步电动机动态数学模型的性质 三相异步电动机的多变量非线性数学模型 坐标变换和变换矩阵

三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型 三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 一、 异步电动机动态数学模型的性质

2. 交流电机数学模型的性质

（1）异步电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（电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也得算一个独立的输出变量。因为电机只有一个三相输入电源，磁通的建立和转速的变化是同时进行的，为了获得良好的动态性能，也希望对磁通施加某种控制，使它在动态过程中尽量保持恒定，才能产生较大的动态转矩。 多变量、强耦合的模型结构

由于这些原因，异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统，而电压（电流）、频率、磁通、转速之间又互相都有影响，所以是强耦合的多变量系统，可以先用图来定性地表示。

图6-43 异步电机的多变量、强耦合模型结构

模型的非线性

（2）在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通得到感应电动势，由于它们都是同

第七章 异步电机动态模型调速系统

第七章 异步电动机动态模型调速系统

内容提要:异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得良好的调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。矢量控制和直接转矩控制是两种基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统，矢量控制系统通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，然后按照直流电动机模型设计控制系统；直接转矩控制系统利用转矩偏差和定子磁链幅值偏差的符号，根据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的定子电压矢量，实施电磁转矩和定子磁链的控制。两种交流电动机调速系统都能实现优良的静、动态性能，各有所长，也各有不足之处。

本章第8.1节首先导出异步电动机三相动态数学模型，并讨论其非线性、强耦合、多变量性质，然后利用坐标变换加以简化，得到两相旋转坐标系和两相静止坐标系上的数学模型。第8.2节讨论按转子磁链定向的基本原理，定子电流励磁分量和转矩分量的解耦作用，讨论矢量控制系统的多种实现方案。第8.3节介绍无速度传感器矢量控制系统及基于磁通观测的矢量控制系统。第8.4节讨论定子电压矢量对转矩和定子磁链的控制作用，介绍基于定子磁链控制的直接转矩控制系统

异步电机分析

第一节异步电动机的工作原理

1..转差，转差率（为什么叫异步电动机？）

?切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件。

?转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。

?旋转磁场的转速用nl表示，称为同步转速;转子的实际转速用n表示，转差An=nl-no

?转差率：旳

?转差率是异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。

O起动瞬间，n二0, s二1

O理想空载运行时：n二nl,s二0

o作为电动机运行时，s的范围在0---1之间。

O转差率一般很小，如S二0.03。

o制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即nl与n反向，s>l

O发电运行时，n高于同步转速n 1, s<0.

?根据转差率可以区分异步电动机运行状态：

s>l s=l s=O s<0

.制动运彳；电动运行：~发电运行

2.电势平衡方程式

1、定子绕组电势平衡方程式

?定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）包括：

?主电势（感应电势）：

O定子绕组通入三相对称交流电流时，将会产生旋转的主磁通，同时被定子绕组和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。

o定子绕组感应电势的有效值：耳=444加啓1札1

?漏磁电势（漏抗压降）

O定子漏磁通：

绕线转子异步电动机的 控制

电器符号标注

刀闸 熔断器 QS

FU

SB

按钮

接触器

KM

FR

热继电器

电流继电器

KI

KT KA

时间继电器

中间继电器

刀闸开关

控制对象：380V， 5.5kW 以下小电机

考虑到电机较大的起动电流，刀

QS

闸的额定电流值应如下选择：

（3~5)*异步电机额定电流

电路符号

控制按钮

常开(动合)按钮

SB

复合按钮

电路符号 常闭(动断)按钮

SB SB

电路符号

电路符号

接触器

~ ~380

主触头 弹簧

动作过程 线圈通电 衔铁被吸合 触头闭合

线圈

铁芯 衔铁 电机

M 3~

辅助 触头

电机接通 电源

接触器

~ 220

~ ~380

动作过程 线圈通电 衔铁被吸合 触头闭合 电机接通 电源

M 3~

接触器有关符号：

接触器线圈

接触器主触头－－用于主电路 （流过的电流大，需加灭弧装置） 接触器辅助触头－－用于控制电路 （流过的电流小，无需加灭弧装置）

常开

常闭

接触器控制对象：电动机及其它电力负载

接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。

热继电器

功能：过载保护

发热元件

结构：

I

双金 属片

扣板

常闭触头

工作原理： 发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金 属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其 向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。

热继电器的符号

串联在主电路中

发热

异步电动机绕组损毁维修方法

　　一、缺相运行
　　1.故障现象
　　电机不能起动，即使空载能起起动，转速慢慢上升，有嗡嗡声；电机冒烟发热，并伴有烧焦味。
　　2.检查结果
　　拆下电机端盖，可看到绕组端部有1/3或2/3的极相绕组或焦或变成深棕色。
　　3.故障原因及处理方法
　　（1）电动机供电回路熔丝回路接触不良或受机械损伤，致使某相熔丝熔断。
　　（2）电动机供电回路三相熔丝规格不同，容量小的熔丝烧断。应根据电动机功率大小，更换为规格相同的熔丝。
　　（3）电动机供电回路中的开关(隔离开关、胶盖开关等)及接触器的触头接触不良(烧伤或松脱)。修复并调整动、静触头，使之接触良好。
　　（4）线路某相缺相。查出断线处，并连接牢固。
　　（5）电动机绕组连线间虚焊，导致接触不良。认真检查电动机绕组连接线并焊牢。
　　
　　二、过载运行
　　1.故障现象
　　电动机电流超过额定值；电动机温升超过额定温升。
　　2.检查结果
　　电机三组绕组全部烧毁；轴承无润滑脂或砂架损坏；定、转子铁心相磨擦，俗称扫膛。
　　3.故障原因及处理方法
　　（1）负载过重时，要考虑适当减载或更换容量合适的电动机。
　　（2）电源电压过高或过低，需加装三相电源稳压补偿柜。
　　（3）电机长期严重受潮或有腐蚀性气

辽宁工程技术大学

1.电动机

1.1旋转磁场

定子三相对称绕组中通以频率为f1的三相对称电流便会产生旋转磁场。旋转磁场的转速 由下式确定 n0=

60f1p

式中，P为电机的极对数。n0又称为同步转速旋转磁场的转向由三相电流通入三相绕组的相序决定。改变电流相序，旋转磁场的转向随之改变。

1.2异步电动机结构

Y形的电阻，或直接通过短路端环短三相异步电动机主要由静止的和转动的两部分构成，其静止部分称为定子。定子是用硅钢片叠成的圆筒形铁心，其内圆周有槽用来安放三相对称绕组：三相对称绕组每相在空间互差120°，可联接成Y形或Δ形。三相异步电动机转动的部分称为转子，是用硅钢片叠成的圆柱形铁心，与定子铁心共同形成磁路。转子外圆周有槽用以安放转子绕组。转子绕组有鼠笼式和线绕式两种。鼠笼式：将铜条扦入槽内，两端用铜环短接，或直接用熔铝浇铸成短路绕组。线绕式：安放三相对称绕组，其一端接在一起形成Y形，另一端引出连接三个已被接成路。

1.3异步电动机工作原理

转子绕组切割旋转磁场产生感应电势，并在短路的转子绕组中形成转子电流,转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，形成转动力矩，使转子随旋转磁场以转速n转动并带动机械负载。转子和旋转磁场之间转速差的存在是异步电动机

第七章

异步电动机原理

异步电动机结构、额定数据与工作原理三相异步电动机的电磁关系及等值电路

三相异步电动机的功率与转矩三相异步电动机的机械特性

2015/12/25

电机与拖动

7.1 异步电动机结构、额定数据与工作原理一、异步电动机的主要用途 异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。 优点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、 坚固耐用、运行效率较高等。 缺点:功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电 网里吸收落后性的无功功率，功率因数总是小于1。 异步电机又叫感应电机。

N

n12015/12/25 电机与拖动

S

二、异步电动机的分类 (1)按定子相数分: ① 单相异步电动机； ② 两相异步电动机； ③ 三相异步电动机。 ① 绕线式异步电动机； ② 鼠笼式异步电动机。

(2)按转子结构分:

此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压 异步电动机、低压异步电动机之分。从其它角度看，还 有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异 步电机等等。2015/12/25 电机与拖动 3

三、异步电动机的主要结构

异步电动机在结构上也是由定子、转子、气隙组成。 p209

2015/12/25

电机与拖动

1、异步电动机的定子： 异步电动机的定子是由机座、定子铁心

异步电动机绕组损毁维修方法

　　一、缺相运行
　　1.故障现象
　　电机不能起动，即使空载能起起动，转速慢慢上升，有嗡嗡声；电机冒烟发热，并伴有烧焦味。
　　2.检查结果
　　拆下电机端盖，可看到绕组端部有1/3或2/3的极相绕组或焦或变成深棕色。
　　3.故障原因及处理方法
　　（1）电动机供电回路熔丝回路接触不良或受机械损伤，致使某相熔丝熔断。
　　（2）电动机供电回路三相熔丝规格不同，容量小的熔丝烧断。应根据电动机功率大小，更换为规格相同的熔丝。
　　（3）电动机供电回路中的开关(隔离开关、胶盖开关等)及接触器的触头接触不良(烧伤或松脱)。修复并调整动、静触头，使之接触良好。
　　（4）线路某相缺相。查出断线处，并连接牢固。
　　（5）电动机绕组连线间虚焊，导致接触不良。认真检查电动机绕组连接线并焊牢。
　　
　　二、过载运行
　　1.故障现象
　　电动机电流超过额定值；电动机温升超过额定温升。
　　2.检查结果
　　电机三组绕组全部烧毁；轴承无润滑脂或砂架损坏；定、转子铁心相磨擦，俗称扫膛。
　　3.故障原因及处理方法
　　（1）负载过重时，要考虑适当减载或更换容量合适的电动机。
　　（2）电源电压过高或过低，需加装三相电源稳压补偿柜。
　　（3）电机长期严重受潮或有腐蚀性气