~ ~
得到三相绕组合成磁动势： 3 ~ F1.7 f1.7 sin(7t ) 2
30
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
k 6n 1 (n 0,1, 2,3 ) 次谐波电流产生正向（基波转
向）的旋转磁场，而 反向的旋转磁场。
k 6n次谐波电流则产生 1
P mE I cos e g r r
4
回顾：异步电机等值电路
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
Rs
Is
Us
Eg
X ls
X lsN
X XlrN
lr
Xm X mN
Ir
Er
Im
Rr / s
Equivalent circuit of induction motor
5
3.1 变频调速时异步电机的等值电路
2
回顾：交流异步电机矩速特性
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
Tm T
Tst
fs(Hz)
fs(s=0)
3
回顾：交流异步电机矩速特性
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
60 f s (1 s) n np T CM m I r cosr
mn p U s sf s Rr T 2 f s sRs Rr 2 s 2 X ls X lr 2
mn p Eg T 2 f s
2
2
f sl Rr 2 2 Rr (2 f sl Llr )
这种恒功调节方式具有不变的过载系数，电机的 设计工作点可以选择在恒功范围的最低转速时有 最小允许的过载能力，这样在高速时仍然有适度 的转矩裕量，使在整个恒功调速范围内稳定运行， 并能充分地利用电机的功率，电机设计尺寸较小。 由调节特性图可知，逆变器在整个恒功范围内需 要满足最高电压和最大电流的要求，因而有较大 的设计容量和尺寸，该恒功运行方式称为最小电 动机和最大逆变器方案。
7
转矩公式
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
电磁功率：P e mEg I r cos r
mn p Pe T Eg I r cos r 电磁转矩： s 2 f s
T CM m I r cos r mn p 2 T I r Rr / s 2 f s
T mn p Rr 2 2 f s 2 ( Rs ) ( X ls X lr ) s U s2 Rr / s
~
沿定子铁芯内圆从绕组轴线算起的电位移角；
28
异步电机中的谐波磁势
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
1 1 利用三角关系 sin cos sin( ) sin( ) 将上三 2 2
式转化为：
1 ~ f A1.5 f1.5 [sin(5t ) sin(5t )] 2 1 ~ 2 f B1.5 f1.5 [sin(5t ) sin(5t )] 2 3 1 ~ 2 fC1.5 f1.5 [sin(5t ) sin(5t )] 2 3
21
恒功率运行方式
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
f sl 不变， 二）
T
U s2
fs
const 的调节方式
Tm
1 T fs
1 fs
T
Tmax
1 fs fs
Us fs
1 fs
Us
fs
Is 1
1 Is fs
22
恒功率运行方式
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
12
3.3 恒压频比控制
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
mn p U s sf s Rr T 2 f s sRs Rr 2 s 2 X ls X lr 2
2
dT 0 dfsl
sm
Rr
2 Rs [2 f s ( Lls Llr )]2
m Eg CE f s
Us m CE f s
fs X ls X lsN f X lsN f sN
fs Xm X mN f X mN f sN
fs X lr X lrN f X lrN f sN
f s 1.5 Rm RmN ( ) RmN 1.5 f f sN
2
mn p Er f sl T 2 f s Rr
10
3.2 恒磁通控制
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
2
mn p Eg T 2 f s
fm Rr 2 Llr
f sl Rr 2 2 R (2 f L ) sl lr r
16
3.4 恒转子全磁通
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
T
cபைடு நூலகம்
Er 4.44 f s N s k Ns rm
b
a
Er const fs
0
n
a－恒电压频率比控制 b－恒磁通控制 c－恒转子全磁通控制
17
3.5 恒功率运行方式
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾ 引用前述转矩公式
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
Rs
Is
Us
Eg
X ls
X lr
Xm
Ir
Im
Er
Rr / s
Equivalent circuit of induction motor
6
变频调速时异步电机参数的变化
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
Eg 4.44Ns kNs f s m CE f s m
说明：这里讨论仅限于整数槽三相绕组情况
电机谐波磁势可分为两类：
• 时间谐波磁势
• 空间谐波磁势
26
异步电机中的谐波磁势
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
1.时间谐波磁势 5次谐波电流在电机的A、B、C相绕组中建立的脉
动磁势为：
f A1.5 f1.5 sin 5t cos 2 2 f B1.5 f1.5 sin 5(t ) cos( ) 3 3 ~ 2 2 f1.5 sin(5t ) cos( ) 3 3
时间谐波磁势的转速总是 k 倍于基波磁势的同 步转速
31
异步电机中的谐波磁势
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾ 2.空间谐波磁势 基波电流在A、B、C各相绕组中所产生的5次空 间谐波磁势可以写成： ~ f A5.1 f 5.1 sin t cos 5
2 2 f B 5.1 f 5.1 sin(t ) cos 5( ) 3 3 ~ 2 2 f 5.1 sin(t ) cos(5 ) 3 3
Eg U s
2
所以
m U s2 P T f sl Rr f s
mn p U s T f sl 2 Rr f s
为使电机恒功率运行，等号的右边说明电压和 频率的调节方式有两种
f sl 一） Us不变， s const 的调节方式 fs
19
Us不变，s=const恒功率调节
13
3.3 恒压频比控制 ︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
结论：
U s / f s const
fm f ( fs ) T f ( f s , f sl ) Tmax f ( f s )
14
3.3 恒压频比控制 ︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
1 T fs Tmax
1 fs
1 2 fs
I s const U s const
20
恒功率运行方式
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾ 该恒功调节方式属于恒电压调节，为保证电动 机在全部恒功调速范围内能稳定运行，系统工 作点选取为在最高转速时，保证有最低的过载 能力，于是在恒功范围的低速点内，电机过载 能力就出现了不必要的裕度。电动机有较大的 设计尺寸，但逆变器在恒压恒流下工作，称为 最大电动机和最小逆变器方案。
第3章 异步电机变频调速控制方式
主讲人：冯晓云 教授
Email: fengxy@ 西南交通大学电气工程学院 列车控制与牵引传动研究室
本章主要内容
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
频率调节时异步电机的等值电路 恒磁通控制 恒电压频率比控制 恒转子全磁通控制 恒功率控制 列车牵引中变频调速系统的调节特性 谐波分析
23
3.6 列车牵引中变频调速系统调节特性
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
Us
Te
Eg
Is
f sl
恒力矩区
fb
恒功率区
f mc
自然特性区
f
24
动车组牵引特性曲线
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾
25
3.7 谐波分析
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾ 一、异步电机中的谐波磁势
n p m Eg 2 f s
2

Tm
1 4 Llr
T 2 Tm ( f sl / f m ) ( f m / f sl )
11
3.2 恒磁通控制
︽ 电 力 牵 引 交 流 传 动 控 制 系 统 ︾