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电机调速的功率控制原理

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全球电机网消息:电机调速实质的探讨,是关系到近代交流调速发展的重要理论问题OPE电竞体育首页。随着近代变频调速矢量控制及直接转矩控制等调速控制理论的提出和实践,很多有关文献和论著都把调速的转矩控制确认为调速的普遍规律,并提出调速的实质和关键在于电磁转矩控制。然而,这种观点尚缺乏理论和实践的证明,值得商榷。

本文根据电机功率转换的普遍原理,提出并证明恒转矩调速的实质在于电机的轴功率控制,转速调节是功率控制的响应,其关键为如何通过电功率控制轴功率OPE电竞体育首页。

转矩控制仅适于恒功率调速,它只是电机调速的局部OPE电竞体育首页,而不是调速的普遍规律OPE电竞体育首页。变频调速所依据的是转矩控制,实际执行的却是功率控制,因此才没有影响到应用的正确性。

一、功率控制与转矩控制

根据机电能量转换原理,凡电动机都可划分为主磁极和电枢两个功能部分。主磁极的作用是建立主磁场,电枢则是与磁场相互作用将电磁功率转换为轴功率。

直流电动机的主磁极和电枢不仅结构鲜明,而且功能独立,无疑符合以上定义。而交流(异步)电动机通常以定子、转子划分构成,需加说明。

根据所述电枢定义,异步机的轴功率产生于转子,因此,异步机真正的电枢是转子OPE电竞体育首页。问题在于定子,一方面定子励磁产生主磁场OPE电竞体育首页,故定子是主磁极。另一方面OPE电竞体育首页,定子又通过电磁感应为电枢(转子)输送电磁功率,却不产生轴功率,因此定子又具有电枢的部分特征,这里我们把它称为伪电枢OPE电竞体育首页。定子的这种复合功能,是异步机区别于直流机的主要特征。

从电枢输出角度观察,电动机的轴功率与电磁转矩机械转速的关系为:

PM=MΩ (1)

或 Ω=PM/M (2)

公式(2)除了给出了电机转速与轴功率和电磁转矩间的量值关系以外,同时表明,电机转速最终只能通过轴功率或电磁转矩两种控制获得调节,前者简称功率控制OPE电竞体育首页,后者简称转矩控制。

1. 功率控制

功率控制是以轴功率PM为调速主控量OPE电竞体育首页, 作用对象必然是电枢或伪电枢。电磁转矩在调速稳态时,取决于负载转矩的大小。

即 M=Mfz (3)

当负载转矩一经为客观工况所确定之后,电磁转矩就唯一地被决定了,因此电磁转矩不仅与调速控制无关,而且不能随意改变其量值。

电磁转矩对转速的作用表现在调速的过渡过程OPE电竞体育首页,转矩的变化是转速响应滞后的结果,此时,功率控制造成电磁转矩响应。

设电机调速前的稳态转速为Ω1,轴功率为PM1,调速后的稳态转速为Ω2,相应的轴功率变为PM2。 由于电磁转矩:
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