反映综合负荷动特性机理的感应电动机模型 EI收录
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34567/8-2’)F#V%’*)6*%*09+5)%W3%’V$*"F6*F3$9V W"0"V%30’+%’V*I03"V%’G3H*2309F3V*#H$3F’F3)%’I’V"%’*) 发动机负荷特性曲线 2006-9-6 发动机诸性能特性中有一个叫做负荷特性，它是指当发动机转速一定时，经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。 在了解负荷特性前，首先要知道有效比燃油消耗量是什么。 衡量汽车耗油量大小一般用汽车在规定的速度下行驶100公里路程的实际耗油量（升）计算。例如汽车技术参数上常见有“90公里/小时等速”时100公里耗油量的参数，这是衡量汽车经济性指标。衡量发动机经济性指标，工程技术人员用有效比燃油消耗量这一个指标，简称油耗率，用ge表示，它指每小时单位有效功率消耗的燃油量，单位是g/kw.h。当然，衡量发动机经济性还有其它指标，由于与本文关系不大不作介绍。 发动机分为汽油机和柴油机两大类。汽油机是依靠节气门调节负荷的，因此汽油机负荷特性又称节流特性；柴油机是靠改变喷油量来调节负荷的，通过喷油量变化改变混合气成份，因此柴油机负荷特性又称燃油调整特性。 由于发动机转速是经常变化的，需要测定发动机不同转速下的负荷特性，才能全面评价不同转速和不同负荷下发动机的燃油经济性。发动机负荷特性的读取在试验台架上进行。以汽油机为例，启动发动机后逐渐开启节气门，直至最大，同时调节载荷使发动机保持某一转速稳定运行，测定此工况下发动机输出功率及燃油消耗量。然后再关小节气门，调整载荷使发动机保持转速不变再测定。如此依次进行下去，直到发动机能保持稳定工作的最小节气门开度，得到不同负荷和转速下的燃油消耗量。不同转速下的发动机负荷特性曲线变化的趋势是差不多，只是具体数值的不同。 普通汽油机负荷特性曲线的特征，开始启动时ge最大（此时需要浓混合气），但随节气门逐渐开启负荷增大而ge减少直至最低点，此时节气门接近全开。继续开大节气门，ge又会开始上升，曲线呈现一条内凹抛物线。曲线的最小ge值越低越好，同时ge随负荷的变化越平缓，发动机在不同负荷下工作的经济牲越好。从曲线的形状，可以分析出哪一个负荷区域是最经济的。 汽油机负荷特性曲线 异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统[1]。在研究异步电机的多变量数学模型时，常作如下假设： (1)三相绕组在空间对称互差ο120，磁势在空间按正弦分布； (2)忽略铁芯损耗； (3)不考虑磁路饱和，即认为各绕组间互感和自感都是线性的； (4)不考虑温度和频率变化对电机参数的影响。 异步电机在两相静止坐标系上的数学模型： 仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求过程和规律。在实际过程中，系统可能太复杂，无法求得其解析解，可以通过仿真求得其数值解。计算机仿真是利用计算机对所研究系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的主动者——人的思维过程和行为，进行动态性的比较和模仿，利用建立的仿真模型对系统进行研究和分析，并可将系统过程演示出来。 系统仿真软件MATLAB 不但在数值计算和符号计算方面具有强大的功能，而且在计算结果的分析和数据可视化方面有着其他类似软件难以匹敌的优势。界面友好，编程效率高，扩展性强。MATLAB 提供的SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。SIMULINK 的目的是让用户能够把更多的精力投入到模型设计本身。它提供了一些基本的模块，这些模块放在浏览器里面，用户可以随时调用。当模型构造之后，用户可以进行仿真，等待结果，或者改变参数，再进行仿真。异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，其动态和静态特性都相当复杂。以下将介绍用SIMULINK 如何来建立三相异步电机的计算机仿真模型，为以后的系统仿真做好准备。 经过三相静止/两相静止坐标变换及两相旋转/两相静止坐标变换，可得异步电机在两相静止坐标系上的数学模型。 电压方程： ?????? ? ???????????????????+--+++=??????????????βαβαβαβαωωωωr r s s r r r m m r r r r m r m m S m S r r s s i i i i P L R L P L L L P L R L P L P L P L R P L P L R u u u u 22110000 柴油机性能试验报告 班级：汽91 姓名：周子超 学号：2009010741 试验时间：2012年4月20日 组别：13 试验目的: 1.掌握通过测功机等试验设备测量柴油机的速度特性的方法； 2.了解试验中对柴油机发动机功率、转矩、转速、燃油消耗率、排气温度的测量方法; 3.通过整理试验数据点，得到柴油机的速度特性曲线，做出相关分析总结分析对比； 4.分析柴油机速度特性和负荷特性曲线的变化规律及变化趋势，分析原因。 5.进行汽油机、柴油机速度特性的对比，总结汽油机柴油机的不同。 实验对象: 二、试验设备: 名称 测试内容型号主要参数备注 电涡流测功功率、转OSWALD 250kW， 4980rpm ， f max = 165Hz 电涡机矩、转速QD122.3 n max = 10010rpm ， M max = 580Nm 流型油耗仪油耗中国湘仪测量精度：土 0.5% 重量 时间分辨率：土 0.1s 式 油耗分辨率：土 0.1g 空气流量计空气流量同园量程：0-1200kg/h 精度：土 1% 热膜 ToceiL 分辨率：土 0.1kg/h 式 表2 :主要测试设备表 四、试验台架系统简图: 排气系统 表1:柴油机参数 空气 实验控制系统（计唱算 机）編 图1 ：台架系统简图 第一部分：速度特性 五、实验原理： 柴油速度特性的实验基于发动机速度特性的定义，即保持发动机节气门或者是油量 调节位置不变，发动机的性能指标和特性参数（主要指功率、转矩、燃油消耗率、 进气量、排气温度、充量系数）随发动机转速的变化规律。实验基于负载系统的 6 种控制模式：①恒扭矩/恒转速控制（M/n ［②恒转速/恒扭矩控制（n/M ）③恒扭矩/恒油门位置控制（M/P ［④恒转速/恒油门位置控制（n/P ［⑤P1/P⑥M/n 2，首先选择油门到指定的开度，然后不断改变负荷转速测得数据。 六、实验要求及方法: 1.实验要求：用给定仪器测量给定发动机的速度特性，要求发动机油门开度为46% ; 2.实验方法： 实验一:发动机负荷特性实验 (车2、) 一、实验仪器设备 1．测功机： 长沙湘仪动力测式仪器有限公司生产的电涡流测功机：型号：GW160； 额定吸收功率：160kw；最高转速：1,0000r/mim 启东市联通测功器有限公司生产的电涡流测功机：型号： DW400； 额定吸收功率：400kw；最高转速：5000r/mim 2．实验用发动机型号： YC6L-280-30型柴油发动机：最大功率：206/2200 (kw/rpm)；排量：8.4L 3．发动机自动测控系统 4．数字智能油耗仪 二、实验步骤 起动发动机前，先检查发动机的燃油、润滑油、冷却水等是否正常，不正常不允许启动，正常则进行以下步骤： 1．起动发动机进行暖机，在热状态稳定旧准备进行测量。 2．调节测功器和油门，使发动机在预定的转速和测功器读数下运行，待运转稳定后，记录燃油消耗率，测功机读数和排气温度等数据，待测量记录完毕后，再调节测功机和油门大小，增加负荷至第一点预定值，同时保持发动机转速不变，待稳定后再测取第二点数据，依次进行，直至油门到达最大为止，每条曲线的测点在8个以上。试验时负荷可由低到高或由高到低进行调整。 3．改变发动机转速，重复上述过程，制取另一转速下的负荷特性。具体转速的确定应在最低稳定转速和标定转速之间取8个转速，应包括最大扭矩转速，每一转速下的测点不应少于8点。 在制取各条负荷特性时，必须绘制以输出功率e P为横坐标，比油耗e b为纵坐标的监督曲线。如在实验过程中发现个别点偏离曲线很大，应重新补做这点的数据。 4．测量完毕，减去测功器负荷并减小油门，使柴油机在空转数分钟后停机。 关掉所有开关，整理实验场地。 目录 摘要 ........................................................................... 2.. 1设计意义及要求................................................................. 3. 1.1设计意义 (3) 1.2设计要求 (3) 2异步电动机动态数学模型......................................................... 4. 2.1异步电动机动态数学模型的性质 (4) 2.2异步电动机的三相数学模型 (5) 2.3坐标变换 (7) 2.3.1 坐标变换的基本思路 (7) 2.3.2三相-两相变换（3/2变换） (7) 2.3.3 静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换） (8) 2.4状态方程 (10) 3模型建立 (12) 3.1AC Motor 模块 (12) 3.2坐标变换模块 (13) 3.2.1 3/2 tran sform 模块 (13) 3.2.2 2s/2r tran sform 模块 (13) 3.2.3 2r/2s tran sform 模块 (14) 3.2.4 2/3 tran sform 模块 (15) 3.2.5 3/2r tran sform 模块 (16) 3.3仿真原理图 (17) 4仿真结果及分析 (20) 5结论....................................................... 错误！未定义书签。 1、研究发动机特性的意义是什么 答：发动机的特性是发动机性能的综合反映，在一定条件下，发动机性能指标或特性参数随各种可变因素的变化规律就是发动机的特性。研究发动机的特性是为了分析发动机在不同工况下运行的动力性能指标、经济性能指标、排放指标以及反映工作过程进行的完善程度指标等。 2、分析汽油机和柴油机负荷特性的特点。 答：（1）汽油机的燃油消耗率普遍较高，且在从空负荷向中小负荷段过渡时，燃油消耗率下降缓慢，仍维持在较高水平，燃油经济性明显较差。 （2）汽油机排气温度普遍较高，且与负荷关系较小。 （3）汽油机的燃油消耗量曲线弯度较大，而柴油机的燃油消耗量曲线在中、小负荷段的线性较好。 3、对比分析汽油机和柴油机速度特性的特点。 答：（1）柴油机在各种负荷的速度特性下的转矩曲线都比较平坦。汽油机的速度特性的转矩曲线的曲率半径较小，节气门开度越小，转矩峰值向低速移动，且随转速变化的斜率越大。（2）汽油机的有效功率外特性线的最大值点，一般在标定功率点；柴油机可以达到的最大值点的转速很高，而标定点要比其低很多。 （3）柴油机的燃油消耗率曲线在各种负荷的速度特性下都比较平坦，仅在两端略有翘起，最经济区的转速范围很宽。汽油机则不同，其油耗曲线的翘曲度随节气门开度减小而剧烈增大，相应最经济区的转速范围越来越窄。 4、衡量发动机克服短期超载能力的指标有哪些汽油机、柴油机有什么区别 答：（1）指标有：转矩适应性系数KT,转矩储备系数μ，μ、KT值大表明随着转速的降低，Ttq增加较快，在不换挡时，爬坡能力和克服短期超载能力强。 （2）区别：汽油机的外特性比柴油机外特性的动力适应性好；因此，一般不需要改造外特性配备调速装置。柴油机需要采用专门设计的调速器，在低于标定转速进行校正，使输出转矩增大；高于标定转速需要调速，避免超速。 5、什么是发动机的万有特性汽油机和柴油机的万有特性各有什么特点万有特性曲线常用于哪几个方面 答：（1）万有特性：负荷特性、速度特性只能表示某一油量控制机构位置固定或某一转速时，发动机参数间的变化规律，而对于工况变化范围大的发动机要分析各种工况下的性能，就需要再一张图上全面表示出发动机性能的特性曲线，这种能都表达发动机多参数的特性称为万有特性。 （2）特点： 汽油机的万有特性的特点：a）最低油耗率偏高，并且经济区域偏小；b）等耗油率曲线在低速区向大负荷收敛，这说明汽油机在低速、低负荷的油耗率随负荷的减小而急剧增大，在实际使用中，应尽量避免出现这种情况；c）汽油机的等功率线随转速升高而斜穿等油耗率线，转速愈高愈废油。 柴油机的万有特性的特点：1）最低油耗偏低，并且经济区域较宽；2）等耗油率曲线在高、低速均布收敛，变化比较平坦；3）相对汽车变速工况的适应性好。 （3）应用：a）可以根据被动的工作机械的转速和负荷的运转规律的特性曲线，选配特性曲线与其相近或者相似的发动机。 b）根据等转矩Ttq、等排气温度Tr、等最高爆发压力曲Pz曲线，即可以准确地确定发动机最高、最低允许使用的负荷限制线。 交流异步电动机的技术总结 各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢 《交流异步电动机的技术总结》是一篇好的范文，好的范文应该跟大家分享。篇一：异步电动机总结提纲 异步电动机 1、电动机的起动性能要求：起动电流越小越好；起动转矩 足够大（适当电动机起动时，只有TS大于(～)倍的负载转矩才可顺利起动，一般异步电动机起动转矩倍数=～）；起动时间越短越好；起动设备越简单越好。 2、大型异步电动机直接起动时可能引起什么现象？该如 何解决？ 3、不同异步电动机（鼠笼机、绕线机）的各种起动方法（直 接起动、降压起动、转子回路串电 阻起动）及特点：一般电动机在启动时，电机定子从电网中取用的电流约为电机额定电流的5～7倍。小电机启动后经一两秒钟，随转子转速逐渐升高，电流迅速减小；而大电机要经十几秒，甚至几十秒后转子才能达到稳定转速。即要到启动结束，电流才降为额定值左右。异步电动机启动电流大，会对使用带来什么问题呢?如果这台电机使用时启动次数频繁，电机则会由于启动电流的影响而发热严重，会影响电机正常使用寿命。此外，如果所使用的电机启动次数虽然不频繁，当它的容量超过电源变压器容量的30%时，由于启动电流大，会造成变压器对外供电的输电线上的电压降过大，从而影响接在同一台变压器上的其他用电设备的工作。因而在启动时必须采取一定的措施，以限制启动电流不致过大。由于使用电机种类不同，生产情况不同，所以电机启动方法也不同。对于鼠笼式电动机，只要电网许可，并且启动次数不太频繁，应尽量采用直接启 动。即将定干绕组接好后，直接接入额定电压。采用直接启动最简单也最经济，不需要启动设备。如果鼠笼电动机容量相对较大，最全面的范文参考写作网站为限制它的启动电流，一般采用降压启动。降压启动是在电机启动时不给电机加上额定电压，而是加上一个较低的电压。这样可以大大降低启动电流。常用的降压方法为Y-△启动。这种方法可用于风机、水泵等启动负载较小的电机上。降压启动方法较多，但鼠笼电机采用Y-△启动，所用的设备简单，体积小，重量轻，易维修，价格低，所以最 常用。 绕线式电动机在启动时常带较重负载，为限制启动Y—Δ起动、过载能力电流，采用定子接额定电压而转子电路中串入电阻或频敏变阻器。这种方法既能减小启动电流，又可增大启动转矩。 4、异步电动机的起动方法核算：根据电动机参数及负载情 况选择起动方法。 实验二柴油机负荷特性 1、掌物柴油机负荷特性的试验方法。 2、学会对实验数据进行处理以及对实验结果进行分析，并绘制柴油机负荷特性曲线图。 二、实验条件 1、SOFIM-8140增压柴油发动机（Pemax=76kw/3800r/min）一台 2、CW150型电涡流测功机一台 3、FCM-D转速油耗测量仪一台 4、液体密度计一只 5、温度计一只 6、大气压力计一只 7、柴油 10升 三、实验原理 柴油机负荷特性：在保持柴油机转速 n不变的情况下，调节柴油机喷油泵齿条或拉杆的位置，改变每循环供油量，研究发动机的燃油消耗量B、燃油消耗率 be与功率Pe之间的关系。 四、实验内容和要求 1、调节柴油机喷油泵拉杆（油门）开度及指挥全组协调动作，一人；当发动机出现异常情况时应立即减小或关闭节气门。 2、调整测功机负荷，一人；测功机负荷的调整应均匀、准确，尽量避免大幅度增加或减小测功机负荷，造成发动机的转速剧烈波动。 3、监视发动机转速和测量油耗，一人；监视转速时，应注意转速的上下波动情况，当转速的波动值超过±20r/min，该组实验数据应视为无效并重做。 4、调节，监视发动机冷却水出水温度，一人；保持发动机动机冷却水出水温度稳定在80±5℃范围内，出现气阻现象（无冷却水排除或冷却水出水温度超过100℃），应立即报告，以便及时停机。 5、监视发动机机油压力、温度，一人；出现异常情况应及时报告。 6、记录测功机读数W、发动机转速n、耗油质量△m和耗油时间△t, 一人；实验数据记录应准确无误。 7、绘制实验监督曲线，一人；当发现实验过程中因某些特殊原因而引起误差过大的点，应及时指出，以便立即补测校正。 发动机的外特性和负荷特性 发动机的外特性和部分特性统称发动机的速度特性。它是指在正常温度、正常机油压力点火提前角（或喷油提前角）以及燃料供给系的调整均在最佳状态下，使节气门开度（或供油调节杆）保持在一定位置不变，发动机的有效扭矩（Me）、有效功率(Pe)以及油耗率(βe)随发动机转速而变化的规律，速度特性曲线是在节气门开度固定于某一开度下（或在供油调节杆固定于一定位置下），依次改变发动机转速，在每一转速下测算Pe、Me、mT、βe，就可得到节气门在该开度下的特性曲线，如果改变节气门开度，如从小到大，就可得到许多条速度特性曲线，但常采用节气门开度为25%、50%、75%和100%时的曲线作为代表，节气门开度为100%（全开）时的特性称为发动机的外特性，该开度下的特性曲线称为外特性曲线。节气门开度在其他情况下得到的特性称为部分特性，其相应开度下的特性曲线都称之为部分特性曲线，由此可见，一台发动机，部分特性有无数个，而外特性只有一个。因为发动机外特性是在节气门全开或油量调节杆处于最大供油量时测定的，所以外特性曲线上的每一点表示着发动机在不同转速下所能发出的最大功率和最大扭矩，因此，通过发动机的外特性可以得知发动机所能达到的最高性能指标以及对应于Pemax、Memax和βemax时的转速，也可以计算出扭矩适应性系数（或称扭矩储备系数）。一般发动机铭牌上标明的功率、扭矩及相应的转速都是以外特性为依据的。因此，外特性在速度特性中最为重要。发动机诸性能特性中有一个叫做负荷特性，它是指当发动机转速一定时，经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。 在了解负荷特性前，首先要知道有效比燃油消耗量是什么。 衡量汽车耗油量大小一般用汽车在规定的速度下行驶100公里路程的实际耗油量（升）计算。例如汽车技术参数上常见有“90公里/小时等速”时100公里耗油量的参数，这是衡量汽车经济性指标。衡量发动机经济性指标，工程技术人员用有效比燃油消耗量这一个指标，简称油耗率，用ge表示，它指每小时单位有效功率消耗的燃油量，单位是g/kw.h。当然，衡量发动机经济性还有其它指标， 161 161 第11章 发动机特性 11.1基本概念 全面了解发动机在所有工况下的性能指标的变化，对合理使用、检查与维修发动机，都有很强的适用价值。 11.1.1 发动机特性与特性曲线 1．发动机特性 发动机性能指标随调整情况及运转情况而变化的关系称为发动机特性。发动机性能指标主要有功率、转 矩、燃料消耗率、排气温度、排气烟度等； 调整情况主要指柴油机的供油提前角、汽油 机的点火提前角、发动机燃料等可调因素对 发动机性能的影响；运转情况一般指发动机 转速和负荷等。 2．特性曲线 为了直观显示发动机的特 性，常以曲线形式表示，称为发动机特性曲 线。图11-1为Audi （奥迪） 2.4L 四缸5 气门汽油机的外特性曲线。 3.发动机特性分类 发动机特性分调节特性和性能特性两大 类。 （1）调节特性 指发动机的性能指标随 调节情况而变化的关系。如柴油机的供油提 前角调节特性、汽油机的点火提前角调节特 性、汽油机的燃料调节特性等。 （2）性能特性 指内燃机的性能指标随 运行工况而变化的关系。如负荷特性、速度特性、调速特性、万有特性、螺旋桨特性等。 图11-1 发动机特性曲线 （Audi 2.4L5气门V6汽油机外特性） 162 162 11.1.2 发动机特性的制取 发动机特性需在专门的试 验台（俗称发动机台架）上进 行，图11-2显示了带水力测功 器的试验台的基本组成。它可 以模拟发动机的实际工况，使 其在要求的转速和负荷下工 作，并可以同步测量发动机在 各种工况下的功率、燃料消耗、 废气排放、气缸压力等性能参 数。 发动机特性试验，国家已 有标准，需按有关标准，在规 定的条件下进行。 11.2 发动机调节特性 发动机调节特性对发动机的正确调整、使用与维修关系 密切，值得重视。 11.2.1 柴油机供油提前角 调节特性 它是指在发动机转速一定和油量控制机构（如喷油泵的供油拉杆）位置一定条件下，其功率、燃料消耗率等性能指标随供 油提前角变化而变化的关系。 图11-3为柴油机供油提前角调节特性曲 线。由曲线可见，随着供油提前角θ的改变， 发动机的功率与燃料消耗率也随着变化。对应 于最大功率和最小燃料消耗率的供油提前角即 为最佳供油提前角。发动机使用维修时，应注 意按照使用说明书要求，检查调整发动机静态 最佳供油提前角。 最佳供油提前角是随着发动机的转速变化 而变化的，它一般由供油提前角自动调节装置 来控制。对于电控柴油机，则由ECU 根据发动 机工况精确控制。 11.2.2 汽油机点火提前角调节特性 它是指在发动机转速和节气门开度一定条件下，其功率、燃料消耗率等性能指标随点火提前角变化而变化的关系。 图11-2 发动机试验台 1-发动机 2-数显水温表 3-数显油压表 4-数显排温表 5-油门执行器 6-转速表 7- 负荷表 8-水门执行器 9-水温传感器 10-油压传感器 11-排温传感器 12-气 缸压力传感器 13-油压传感器 14-针阀升程仪 15-电 荷放大器 16-电荷放大器 17-霍尔针阀传感器 18-示波器 19-水力测功器 20-转角信号发生器 21-电荷放大器 22-Ａ/Ｄ转换板 23-微机 24-打印机 25-显示器 图11-3 柴油机供油提前角调 异步电动机的数学模型和电压空间矢量 异步电动机的数学模型 异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。在建立其数学模型时作如下假定。 （1）电动机定、转子三相绕组完全对称，所产生的磁势在气隙空间中呈正弦分布。 （2）忽略铁芯涡流、饱和及磁滞损耗的影响，各绕组的自感和互感都是线性的。 （3）暂不考虑频率和温度变化对电机参数的影响。 异步电机的数学模型一般包括电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和机电运动方程。对异步电机进行分析和控制时，均需对三相进行分析和控制，若引入Park 矢量变换，会带来很多方便。Park 矢量变换将三个标量（三维）变换为一个矢量（二维）。如图2.1所示，选三相定子坐标系中的a 轴与Park 矢量复平面的实轴α轴重合可得α、β坐标系。 图2.1 a 、b 、c 坐标系与α、β坐标系的关系 三相静止坐标系(a 、b 、c)到两相静止坐标系(α、β)的3/2变换矩阵为： 1112223022C ?? -- ?? ? =?-??? （2.1） 可得到异步电机在两相静止坐标系(α、β)中的电压方程： 00 00s s s s m s s s s m r r m r m r r r r r r r m m r r r r U i R L p L p U i R L p L p U i L p L R L p L U i L L p L R L p ααββααββωωωω+???? ?????? ? ?+? ?????=???? ??+???? ??--+?????????? （2.2） 式中： s R 、r R ――分别为定子电阻和转子电阻； s L 、r L 、m L ――分别为定子自感、转子自感和定、转子互感； r ω――电机转子角速度（电角速度）； s U α、s U β――分别为定子电压的α、β分量； r U α、r U β――分别为转子电压的α、β分量,在鼠笼机中r U α＝r U β＝0； s i α、s i β――分别为定子电流的α、β分量； r i α、r i β――分别为转子电流的α、β分量； p ――微分算子，d p dt = 。 电机的磁链方程为： 0000000 s s s m s s s m r r m r r r m r i L L i L L i L L i L L ααββααββψψψψ???? ??????????????=?????????????????????? （2.3） 式中： s αψ、s βψ――分别为定子磁链的α、β分量； r αψ、r βψ――分别为转子磁链的α、β分量。 电机的电磁转矩方程为： ()3 2e n m r s s r T P L i i i i αβαβ=- （2.4） 或利用式（2.3）改写成： ()3 2e n s s s s T P i i αββαψψ=- （2.5） 式中： e T ――电机的电磁转矩； n P ――电机的极对数。 电机的机电运动方程为： 了解发动机负荷特性曲线了解汽车耗油量 出处：车汇通 [ 2004-10-10 10:57:33 ] 作者： 责任编辑：wangfen 发动机诸性能特性中有一个叫做负荷特性，它是指当发动机转速一定时，经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。 在了解负荷特性前，首先要知道有效比燃油消耗量是什么。 衡量汽车耗油量大小一般用汽车在规定的速度下行驶100公里路程的实际耗油量（升）计算。例如汽车技术参数上常见有“90公里/小时等速”时100公里耗油量的参数，这是衡量汽车经济性指标。衡量发动机经济性指标，工程技术人员用有效比燃油消耗量这一个指标，简称油耗率，用ge表示，它指每小时单位有效功率消耗的燃油量，单位是g/kw.h。当然，衡量发动机经济性还有其它指标，由于与本文关系不大不作介绍。 发动机分为汽油机和柴油机两大类。汽油机是依靠节气门调节负荷的，因此汽油机负荷特性又称节流特性；柴油机是靠改变喷油量来调节负荷的，通过喷油量变化改变混合气成份，因此柴油机负荷特性又称燃油调整特性。 由于发动机转速是经常变化的，需要测定发动机不同转速下的负荷特性，才能全面评价不同转速和不同负荷下发动机的燃油经济性。发动机负荷特性的读取在试验台架上进行。以汽油机为例，启动发动机后逐渐开启节气门，直至最大，同时调节载荷使发动机保持某一转速稳定运行，测定此工况下发动机输出功率及燃油消耗量。然后 再关小节气门，调整载荷使发动机保持转速不变再测定。如此依次进行下去，直到发动机能保持稳定工作的最小节气门开度，得到不同负荷和转速下的燃油消耗量。不同转速下的发动机负荷特性曲线变化的趋势是差不多，只是具体数值的不同。 普通汽油机负荷特性曲线的特征，开始启动时ge最大（此时需要浓混合气），但随节气门逐渐开启负荷增大而ge减少直至最低点，此时节气门接近全开。继续开大节气门，ge又会开始上升，曲线呈现一条内凹抛物线。曲线的最小ge值越低越好，同时ge随负荷的变化越平缓，发动机在不同负荷下工作的经济牲越好。从曲线的形状，可以分析出哪一个负荷区域是最经济的。 汽油机负荷特性曲线柴油机负荷特性曲线 柴油机负荷特性曲线的走向特征与汽油机基本一样。但两者对比，柴油机的负荷特性曲线比较平坦，这也就是为什么柴油机比汽油机省油的重要原因。 第四章过程特性与数学模型 教学要求：了解过程特性的类型的四种类型 掌握描述过程特性的参数的物理意义及对控制通道、扰动通道的影响 学会一阶对象、二阶对象的建模 掌握机理分析法建模的一般步骤 了解实验测试法 重点：描述过程特性的参数的物理意义及对控制通道、扰动通道的影响 运用机理分析法建模 难点：时间常数的物理意义 过程特性的参数对控制通道、扰动通道的影响 过程控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定。过程即为被控对象，它是否易于控制，对整个系统的运行情况有很大影响。 §4.1过程特性 被控过程的种类常见的有：换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、贮液槽罐、加热炉 等。这些被控过程的特性是由工艺生产过程和工艺设备决 定的。 被控过程特性-----指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。通道------被控过程的输入量与输出量之间的信号联系 控制通道-----操纵变量至被控变量的信号联系 扰动通道-----扰动变量至操纵变量的信号联系 一、过程特性的类型 多数工业过程的特性可分为下列四种类型： 1.自衡的非振荡过程 2. 无自衡的非振荡过程 3. 有自衡的振荡过程 4. 具有反向特性的过程 二、描述过程特性的参数 用放大系数K、时间常数T、滞后时间τ三个物理量来定量的表示过程特性。（主要针对自衡的非振荡过程） 1.放大系数K ⑴K的物理意义 K的物理意义：如果有一定的输入变化量ΔQ作用于过程，通过过程后被放大了K倍，变为输出变化量ΔW。 ⑵放大系数K对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 2. 时间常数T ⑴时间常数T的物理意义 时间常数是被控过程的一个重要的动态参数，用来表征被控变量的快慢程度。 时间常数T的物理意义还可以理解为：当过程受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间就是时间常数T。 ⑵时间常数T对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 3. 滞后时间τ ⑴纯滞后τ0（P142） ⑵容量滞后τn ⑶滞后时间τ对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 §4.2 过程数学模型的建立 过程的（动态）数学模型---是指表示过程的输出变量与输入变量间动态关系的数学描 述。 过程的输入是控制作用u（t）或扰动作用f（t）, 输出是被控变量ｙ（t）． 数学模型：非参数模型，即用曲性或数据表格来表示，如阶跃响应曲线、脉冲响应曲线 和频率特性曲线；另一种是 参数模型，即用数学方程式来表示，如微分方程（差分方程）、传递函数、 状态空间表达式等。本节所涉及的模型均为用微分方程描述的 线性定常动态模型。 建立数学模型的基本方法 机理分析法-----通过对过程内部运动机理的分析，根据其物理或化学变化规律， 在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后得到过程特性方 程，用微分方程或代数方程。这种方法完全依赖于足够的先验 知识，所得到的模型称为机理模型。机理分析法一般只能用于 简单过程的建模。机理分析法 实验测试法-----由过程的输入输出数据确定模型的结构和参数。 4.2.1机理分析法 微分方程建立的步骤归纳如下： ⑴根据实际工作情况和生产过程要求，确定过程的输入变量和输出变量。 ⑵依据过程的内在机理，利用适当的定理定律，建立原始方程式。 ⑶确定原始方程式中的中间变量，列写中间变量与其他因素之间的关系。 ⑷消除中间变量，即得到输入、输出变量的微分方程。 ⑸若微分方程是非线性的，需要进行线性化处理。 交流感应电动机无速度传感器的 高动态性能控制方法综述 清华大学 杨耕 上海大学 陈伯时 摘要:文章分析了交流感应电机无速度传感器的高动态性能控制方案的控制要点。在介绍国内外产业界已实用化的、以及正在研发中的几种代表性的控制策略的同时,讨论了各种方法理论要点和实际应用中的特点。最后,介绍了当前的几个研究热点问题并就发展方向提出了一点设想。 关键词:异步电动机控制 无速度传感器 转矩控制 磁链观测 速度辨识 Rev iew the M ethods for the Speed Sen sor-less Con trol of I nduction M otor Yang Geng Chen Bo sh i Abstract:T h is paper analyzes theo retical po ints of the i m p lem entati on fo r h igh perfo r m ance contro l of in2 ducti on mo to r w ithout speed senso r.A fter that,typ ical app roaches of the contro l strategy,w h ich are used in p ractical p roducts o r are being developed recently,are p resented and the characteristic of each app roach is dis2 cussed.F inally,som e unso lved p roblem s being researched as w ell as the develop ing po tentials are introduced. Keywords:contro l of inducti on mo to r speed senso r2less to rque contro l flux observer speed identifica2 ti on 1 前言 交流感应电机的无速度传感器高动态性能控制,是为了实现与有速度传感器的矢量控制(或直接转矩控制)相当的转矩和速度性能的方案,被用于无法设置速度传感器的设备或新一代高性能通用变频器之中[1,2]。相关的理论与技术也成为近10年来交流传动领域的热门研发内容之一。 本文主要综述在无速度传感器的前提下,具有速度反馈控制环的矢量控制方案(V C)和直接转矩控制方案(D TC),而不讨论诸如“V F控制+为补偿负载变动的滑差补偿”等只考虑静态的方法。本文在介绍各种方法的同时,综述其理论要点和实际应用中的特点、介绍所应用的厂家,从中总结出实现高动态性能控制的要点及主要成果。最后,介绍当前几个研究热点问题。 2 控制方法 211 方法分类的出发点 一般地,由转矩控制环及速度控制环构成的无速度传感器矢量控制(或直接转矩控制)系统由图1所示的3个环节构成。即:①速度调节器;②磁链和转矩控制器;③速度推算或辨识器(含磁链计算或观测) 。 图1 无速度传感器控制系统构成 对于环节②,需要控制转矩和磁链。由此可以分为:a以转子磁链定向控制为基础的矢量控制策略。目前常用的有计算滑差频率的被称为间接法(I V C)和把状态观测器观测到的转子磁链进行反馈控制的直接法(DV C)。b以控制定子磁链为特点的,被称之为直接转矩控制策略(D TC)。 环节③的结构依存于环节②的结构。实际上在计算或推定速度值时,常常也要获得(计算或观测)磁链(转子的或是定子的)值。因此,按其理论上的特点,可以把获得转速和磁链的方法大致分 3 电气传动 2001年 第3期 读懂发动机特性曲线图，看看加速与节油性能 我和各位车友一样，开始时对发动的性能到底如何，是一头雾水，但要想了解发动机的性能，那么就必须读懂——发动机特性曲线图。本人整理了一些网上收集到的资料，提供给各位车友。 一、什么是发动机转速特性曲线图？ 发动机转速特性曲线——也有叫发动机工况图，是将发动机功率、转矩与发动机曲轴转速之间的函数关系以曲线表示，简称为发动机特性曲线。 如果发动机节气门全开，此特性曲线称为发动机外特性曲线；如果节气门部分开启（或部分供油），称为发动机部分负荷特性曲线。通俗的说，就是将油门踩到底，发动机从怠速到最高转速期间，输出的功率和扭矩的情况在图上反映出来，以此来判断车子能 跑多快，有没有劲。 从“图1”可以看出，转速在ntq点和np点，发动机扭矩和功率分别达到最大值，这是两个决定发动机性能的主要参数，扭矩决定汽车的起步、爬坡、超车能力，而功率决定着最高的车速和载重量。 图1 二、如何由曲线图判断发动机性能： 那么怎样的发动机曲线才能代表发动机性能是较好的呢？让我们看图说话，从汽车的起步、超车和极速这3个方面分析。 起步加速能力： 图2 拿到一张发动机曲线图，如“图2”，我们可以看到，扭矩在2000转的时候达到100Nm，升至3500转的过程中有一个快速的提升过程，而如果此区间内的斜线倾斜度越大，越光滑，则代表发动机可以用较短的时间达到扭矩的峰值，并且加速平稳线性，与此同时，功率也随转速的增加而增加。在实际的驾车当中，随着我们踩第一脚油，汽车克服地面摩擦力，开始起步，随着发动机转速提高，汽车的扭矩会快速提升，一般的发动机在3000转左右来到扭矩峰值，而人们经常提及的“3000转换挡”的惯性操作，实际目的就是为了能够保持这个最大的牵引力，通过换挡，使发动机保持 发动机诸性能特性中有一个叫做负荷特性，它是指当发动机转速一定时，经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线，可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。 在了解负荷特性前，首先要知道有效比燃油消耗量是什么。 衡量汽车耗油量大小一般用汽车在规定的速度下行驶100公里路程的实际耗油量（升）计算。例如汽车技术参数上常见有“90公里/小时等速”时100公里耗油量的参数，这是衡量汽车经济性指标。衡量发动机经济性指标，工程技术人员用有效比燃油消耗量这一个指标，简称油耗率，用ge表示，它指每小时单位有效功率消耗的燃油量，单位是g/kw.h。当然，衡量发动机经济性还有其它指标，由于与本文关系不大不作介绍。 发动机分为汽油机和柴油机两大类。汽油机是依靠节气门调节负荷的，因此汽油机负荷特性又称节流特性；柴油机是靠改变喷油量来调节负荷的，通过喷油量变化改变混合气成份，因此柴油机负荷特性又称燃油调整特性。 由于发动机转速是经常变化的，需要测定发动机不同转速下的负荷特性，才能全面评价不同转速和不同负荷下发动机的燃油经济性。发动机负荷特性的读取在试验台架上进行。以汽油机为例，启动发动机后逐渐开启节气门，直至最大，同时调节载荷使发动机保持某一转速稳定运行，测定此工况下发动机输出功率及燃油消耗量。然后再关小节气门，调整载荷使发动机保持转速不变再测定。如此依次进行下去，直到发动机能保持稳定工作的最小节气门开度，得到不同负荷和转速下的燃油消耗量。不同转速下的发动机负荷特性曲线变化的趋势是差不多，只是具体数值的不同。 ．．．．．． 普通汽油机负荷特性曲线的特征，开始启动时ge最大（此时需要浓混合气），但随节气门逐渐开启负荷增大而ge减少直至最低点，此时节气门接近全开。继续开大节气门，ge又会开始上升，曲线呈现一条内凹抛物线。曲线的最小ge值越低越好，同时ge随负荷的变化越平缓，发动机在不同负荷下工作的经济牲越好。从曲线的形状，可以分析出哪一个负荷区域是最经济的。 柴油机负荷特性曲线的走向特征与汽油机基本一样。但两者对比，柴油机的负荷特性曲线比较平坦（见下图），这也就是为什么柴油机比汽油机省油的重要原因。 汽油机负荷特性曲线柴油机负荷特性曲线 第七章单相交流异步电动机 内容提要 在前面了解了三相异步电动机的概貌，掌握了三相异步电动机的电磁过程、拖动性质的基础上，本章主要介绍单相异步电动机的结构及其应用、磁场及其力矩特点，结合其工作原理，最后介绍几种常用的单相交流异步电动机的起动方法和具体应用情况。 7.1 单相交流异步电动机的结构及应用 7.1.1 单相交流异步电动机的结构 1. 定子部分 单相异步电动机的定子包括机座、铁心、绕组三大部分。分别介绍如下： （1）机座采用铸铁、铸铝或钢板制成，其结构型式主要取决于电机的使用场合及冷却方式。单相异步电动机的机座型式一般有开启式、防护式、封闭式等几种。开启式结构的定子铁心和绕组外露，由周围空气流动自然冷却，多用于一些与整机装成一体的使用场合，如洗衣机等。防护式结构是在电机的通风路径上开有一些必要的通风孔道，而电机的铁心和绕组则被机座遮盖着。封闭式结构是整个电机采用密闭方式，电机的内部和外部隔绝，防止外界的浸蚀与污染，电机主要通过机座散热，当散热能力不足时，外部再加风扇冷却。 另外有些专用单相异步电动机，可以不用机座，直接把电机与整机装成一体，如电钻、电锤等手提电动工具等。 （2）铁心部分定子铁心多用铁损小、导磁性能好，厚度一般为0.35~0.5㎜的硅钢片冲槽叠压而成。定、转子冲片上都均匀冲槽。由于单相异步电动机定、转子之间气隙比较小，一般在0.2~0.4㎜。为减小开槽所引起的电磁噪声和齿谐波附加转矩等的影响，定子槽口多采用半闭口形状。转子槽为闭口或半闭口，并且常采用转子斜槽来降低定子齿谐波的影响。集中式绕组罩极单相电动机的定子铁心则采用凸极形状，也用硅钢片冲制叠压而成。 （3）绕组单相异步电动机的定子绕组，一般都采用两相绕组的形式，即主绕组和辅助绕组。主、辅绕组的轴线在空间相差90°电角度，两相绕组的槽数、槽形、匝数可以是相同的，也可以是不同的。一般主绕组占定子总槽数的2/3，辅助绕组占定子总槽数的1/3，具体应视各种电机的要求而定。 单相异步电动机中常用的定子绕组型式有单层同心式绕组、单层链式绕组、双层叠绕组和正弦绕组。罩极式电动机的定子多为集中式绕组，罩极极面的一部分上嵌放有短路铜环式的罩极线圈。 2. 转子部分 单相异步电动机的转子主要有转轴、铁心、绕组三部分，现分述如下： （1）转轴转轴用含碳轴钢车制而成，两端安置用于转动的轴承。单相异步电动机常用的轴承有滚动和滑动两种，一般小容量的电机都采用含油滑动轴承，其结构简单，噪声小。 （2）铁心转子铁心是先用与定子铁心相同的硅钢片冲制，将冲有齿槽的转子铁心叠装后压入转轴。 （3）绕组单相异步电动机的转子绕组一般有两种型式，即笼型和电枢型。笼型转子绕组是用铝或者铝合金一次铸造而成，它广泛应用于各种单相异步电动机。电枢型转子绕组则采用与直流电机相同的分布式绕组型式，按叠绕或波绕的接法将线圈的首、尾端经换相器连接成一个整体的电枢绕组，电枢式转子绕组主要用于单相异步串励电动机。 3. 起动装置 除电容运转式电动机和罩极式电动机外，一般单相异步电动机在起动结束后辅助绕组都必须脱离电源，以免烧坏。因此，为保证单相异步电动机的正常起动和安全运行，就需配有 现代运动控制系统作业 郝瑞超 2620170055 第一次作业 1，试简述感应电机的工作原理，公式推导证明旋转磁动势的产生 感应电机工作原理； 答；当电机定子三相绕组通入三相正弦对称电流，电流会产生一幅值恒定的旋转磁场，旋转磁场切割转子导体使转子回路产生感应电流，感应电流在磁场中受到安培力，从而使转子在安培力作用下开始旋转，随后定转子维持一 定的转差率，从而使转子因切割磁场产生的感应电流维持，进而使受到的安培力维持一定的电磁转矩，并与负载转矩平衡而使转速得以维持。 旋转磁动势的产生，设定子通入三相电流为 设定A 轴角度为 ，则定子产生磁势基波分量为 其中 , 为定子绕组匝数，从而合成磁势的基波分量为； 由上式可知，合成磁势最大值点 随时间变化，由三角函数的周期性知合成磁势为旋转磁动势，其旋转速度取决于输入三相电流频率。 2， 写出感应电机动态数学模型基本型的基本方程，并结合各方程说明模型的特点 当xy 轴为静止坐标系，且x 轴与A 轴重合，即 ，常称为 坐标系，感应电机基本方程从 坐标系中导出。其基本方程为； = + 对该模型而言，其相比三角坐标系下电机数学模型简单的多，阶次降低了，变量减少了，但其多变量，非线性，强耦合的性质没有改变，具体来说，三个基本方程涉及定转子，电压，电流，电阻，磁链矢量，加上电感，共有超过15个变量，可见其有复杂多变量特征，电压方程中存在微分算符说明该模型具有非线性，电压，磁链转矩方程中变量均相互依存，不能独立存在，说明模具具有强耦合性。 3，试论述如何从数学和磁场矢量合成的角度理解感应电机模型简化中坐标变换的合理性和目的 答；从数学角度，通过坐标变换，可以使磁链矩阵变得简单，各变量之间的耦合程度降低，进而使电压，磁链，转矩方程均得到简化；从磁场矢量合成角度，产生旋转磁场不一定需要三相绕组合成，两相绕组也可以，通过坐标变换可进一步揭示磁场产生机理，将交流电机磁链转矩产生用直流电机加以类比，从而更方便得出交流电机的实用控制方案。 4，分别叙述异步电机在两相静止坐标系，两相d-q旋转坐标系和两相M-T旋转坐标系上的数学模型的特点。 答；题中三个坐标系下数学模型的基本特点是比三相坐标系下变量少，阶次降低，且两个坐标之间不存在磁耦合，磁链方程和转矩方程形式均相同，不同点在于经坐标变换后其揭示的物理量间的关系不同；例如两相（M,T）坐标系下转子T轴磁势为0. 5，在静止坐标系中，定子电流ia，ib是否仍是交流，相位满足什么关系，发动机负荷特性曲线(精)
最新异步电机数学模型
柴油机速度特性和负荷特性试验报告
1、发动机负荷特性试验
异步电动机动态数学模型的建模与仿真
发动机第七章答案
交流异步电动机的技术总结
柴油机负荷特性
发动机的外特性和负荷特性
发动机特性曲线
异步电动机的数学模型
了解发动机负荷特性曲线了解汽车耗油量(精)
过程特性与数学模型
交流感应电动机无速度传感器的高动态性能控制方法综述
读懂发动机特性曲线图
发动机负荷特性
单相交流异步电动机
感应电动机