【正文】 bc c A c B c C c a c b c c cL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L i?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 22） 即 ?ΨLi 實(shí)際上，與電機(jī)繞組交鏈的磁通只有兩類：一類是穿要過氣隙的相間互感磁通；另一類是只與一相繞組交鏈而不穿過氣隙的漏磁通，前者是主要的。所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙周圍按正弦規(guī)律分布； （ 2） 忽略磁路飽和，認(rèn)為各繞組的自感和互感都是恒定的； （ 3）忽略鐵心損耗； （ 4）不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。 3． 三相異步電動機(jī)有三個定子繞組，轉(zhuǎn)子也可等效為三個繞組，每個繞組產(chǎn)生磁通時都有自己的電磁慣性，再算上運(yùn)動系統(tǒng)的機(jī)電慣性和轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的積分關(guān)系，即使不考慮變頻裝置的滯后因素，也是一個八階系統(tǒng)。在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速外，磁通也得算一個獨(dú)立的輸出變量。在這種情況下，可利用矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差公式，構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)，又稱間接矢量控制系統(tǒng)。 圖 異步電動機(jī)的坐標(biāo)變換圖 既然異步電動機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動機(jī)，那么，模仿直流電動機(jī)的控制策略，得到直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動機(jī)了，由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流的空間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)，簡稱 VC 系統(tǒng)。因此 ，在三相坐標(biāo)系上的定子電流 ,A B Ciii通過三相 — 兩相變換 6 可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系上的交流電流 ,ii??,在通過同步下旋轉(zhuǎn)變化 ,可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的直流電 ,dqii 如果觀察者站到鐵心上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn)，通過控制，可使交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子總磁通 r? 就是等效直流電動機(jī)的勵磁磁通，如果把 d 軸定位于r? 的方向上，稱做 M 軸，把 q 軸稱做 T 軸，則 M 繞組相當(dāng)于直流電動機(jī)的勵磁繞組，mi 相當(dāng)于勵磁電流， T 繞組相當(dāng)于偽靜止的 電樞繞組， ti 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。 本文所設(shè)計(jì)的變頻調(diào)速系統(tǒng)即采用轉(zhuǎn)差頻率控制方式。這樣，在轉(zhuǎn)速變化過程中，定子頻率隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速同步上升或下降。這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基 本規(guī)律之二。 圖 按恒 m? 值控制的 ? ?esTf?? 特性 對于式（ 14），取 0esdTd?? ，可得， rrrrs LRLR11max???? （ 18） ???rmme LKT122 （ 19） 1． 在轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)中，只要給定 s? 限幅，使其限幅值為 rrss LR1max ???? （ 110） 則可保持 eT 與 s? 的正比關(guān)系，從而可以用轉(zhuǎn)差頻率控制來代替 轉(zhuǎn)矩控制。 由電力拖動的基本方程式 : eL pJdTT n dt??? （ 11） 3 根據(jù)基本運(yùn)動方程式，控制電磁轉(zhuǎn)矩 eT 就能控制 ddt?。 提高系統(tǒng)的可靠性主要通過兩個途徑 :一是提高部件的設(shè)計(jì)和制造水平 。主要措施是降低電力電子器件的開關(guān)損耗。 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和動向 1． 智能化控制方法對交流調(diào)速系統(tǒng)的影響研究。轉(zhuǎn)差功率如何處理 ,是消耗掉還是回饋給電網(wǎng) ,可衡量異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率高低。 （ 4）交流電機(jī)環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng)，堅(jiān)固耐用，可以 在十分惡劣的環(huán)境下使用。數(shù)字化使得控制器對信息處理能力大幅度提高，各種計(jì)算輕易實(shí)現(xiàn)，從而 交流調(diào)速的現(xiàn)代控制方法 終于得以完全實(shí)現(xiàn)。 1975 年 ,德國學(xué)者 F Blaschke 提出了矢量變換控制原理 ,采用參數(shù)重構(gòu)和狀態(tài)重構(gòu)的現(xiàn)代控制理論概念實(shí)現(xiàn)了交流電動機(jī)定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解藕 ,實(shí)現(xiàn)了將交流電動機(jī)的控制過程等效為直流電動機(jī)的控制過程 。 。因此 ,20 世紀(jì) 80 年代以前 ,在變速傳動領(lǐng)域中 ,直流調(diào)速一直占據(jù)主導(dǎo)地位。 長期以來 ,直流電動機(jī)由于調(diào)速性能優(yōu)越而掩蓋了結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)廣泛的應(yīng)用于工程過程中。實(shí)際應(yīng)用中要求電機(jī)一方面要具有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率 。首先分析了異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制 技術(shù)的主要控制方法、基本組成與工作原理。 。 2．能用轉(zhuǎn)差頻率的控制方法實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的交流調(diào)速 。 3．能用 matlab 軟件對所研究的 調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 。 之后對異步電機(jī)的動態(tài)模型做了分析，進(jìn)一步介紹 了異步電機(jī)的 坐標(biāo)變換 ， 對異步電機(jī)轉(zhuǎn)差頻 率矢量控制系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行了闡述，通過仿真工作，證明了其可行性。另一方面能夠根據(jù)生產(chǎn)工藝要求控制和調(diào)節(jié)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。直流電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)行時 ,保持勵磁電流恒定 ,可用改變 電樞電壓的方法實(shí)現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速 。 交流電動機(jī)自 1885 年出現(xiàn)后，由于沒有理想的調(diào)速方案，因而長期用于恒速拖動領(lǐng)域， 近些年來 ,科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。 20 世紀(jì) 60 年代中期 ,德國 A Schonung 等人率先把通信系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)推廣應(yīng)用于變頻調(diào)速中，即 PWM 技術(shù)。 1985 年 ,德國魯爾大學(xué)的 M Depenbrock 對 時空間理論的研究 ,提出了直接轉(zhuǎn)矩控制理論，以轉(zhuǎn)矩和磁通的獨(dú)立跟蹤自調(diào)整并借助于轉(zhuǎn)矩的 Band Band 控制來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和磁通直接控制。 交流調(diào)速系統(tǒng)與直流調(diào)速系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)： （ 1）容量大 。 （ 5） 高性能，高精度的新型交流拖動系統(tǒng)已達(dá)到同直流拖動系統(tǒng)一樣的性能指標(biāo)。因此按轉(zhuǎn)差功率處理方式的不同可以把現(xiàn)代異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分為三類 : (1) 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) 。 主要針對電機(jī)參數(shù)的不確定性、 純滯后或非線性耦合等特性 ,以及電機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)估計(jì)的不準(zhǔn)確及參數(shù)變化的影響都會造成定向坐標(biāo)的偏移，模糊控制、 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過輸入、 輸出信息進(jìn)行仿人思維的智能化控制方法開始引入到交流調(diào)速系統(tǒng)中 ,成為交流調(diào)速控制技術(shù)新的研究方向。如使電力電子器件在零電壓或電流下轉(zhuǎn)換 ,即工作在所謂 “軟開關(guān)”狀態(tài)下 ,從而使開關(guān)損耗降低到零。二是利用冗余和容錯技術(shù)。因此，歸根結(jié)底， 控制 調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能就是控制轉(zhuǎn)矩的能力。 2． 保持 m? 恒定的條件： 由異步電機(jī)等效電路圖 ，可知 ????????????????????11111 )()( ???gsssgssssELjRIELjRIU （ 111） 5 可見該控制需要在 實(shí)現(xiàn)恒1gE? 控制的基礎(chǔ)上再提高電壓 SU 以補(bǔ)償定子電 壓降 。 總結(jié)起來，轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律是： （ 1）在 s sm??? 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩 eT 基本上與 s? 成正比，條件是氣隙磁通不變。與轉(zhuǎn)速開環(huán)系統(tǒng)中按電壓成正比地直接產(chǎn)生頻率給定信號相比，加、 減 速更為平滑，且容易使系統(tǒng)穩(wěn)定。 基于異步電動機(jī)動態(tài)態(tài)模型控制的轉(zhuǎn)差頻率矢量控制規(guī)律 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差頻率矢 量控制是在傳統(tǒng)的直接利用轉(zhuǎn)差頻率的基礎(chǔ)上 ， 異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階，非線性，強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。 把上述等效關(guān)系用結(jié)構(gòu)圖的形式畫出來，如下圖所示。 VC 系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如上 圖所示；圖中給定和反饋信號經(jīng)過類似于直流調(diào)速系統(tǒng)所用的控制器，產(chǎn)生勵磁電流的給定信號 *mi 和電樞電流的給定信號 *ti ,經(jīng)過反旋轉(zhuǎn)變換得到 ,ii??，再經(jīng)過 2/3 變換得到 ***,A B Ciii。 7 2 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制交流調(diào)速系統(tǒng) 異步電機(jī)的特點(diǎn) 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率 控制 的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的 控制思想建立在異步電動機(jī)的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型 上，動態(tài)性能指標(biāo)不高。因?yàn)殡妱訖C(jī)只有一個三相輸入電源，磁通的建立和轉(zhuǎn)速的變化是同時進(jìn)行的，為了獲得良好的動態(tài)性能，也希望對磁通施加某種控制，使它在動態(tài)過程中盡量保持恒定，才能產(chǎn)生較大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩。 鑒于異步電動機(jī)的以上特點(diǎn)，我們有必要研究一下異步電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。 此時電動機(jī)繞組就等效成 圖 。定子各相漏磁通所對應(yīng)的電感稱為定子漏感，由于繞組的對稱性，各相漏感值均相等； 同樣，轉(zhuǎn)子各相漏磁通則對應(yīng)于轉(zhuǎn)子漏感。 在假定氣隙磁 正弦分布的條件下，互感值應(yīng)為： 1c os 12 0 c os( 12 0 ) 2m s m s m sL L L? ? ? ? 12A B B C CA B A CB A C m sL L L L L L L? ? ? ? ? ? ? （ 25） 10 1122ab bc c a ba c b ac m r m sL L L L L L L L? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 26） 第二類，即定子﹑ 轉(zhuǎn)子繞組間的互感，由于相互位置的變化（見圖 ）可分別表示為： c o sA a a A B b b B C c c C m sL L L L L L L ?? ? ? ? ? ? （ 27）c o s ( 1 2 0 )A b b A B c c B C a a C m sL L L L L L L ?? ? ? ? ? ? ? （ 28） c o s ( 1 2 0 )A c c A B a a B C b b C m sL L L L L L L ?? ? ? ? ? ? ? （ 29） 當(dāng)定﹑轉(zhuǎn)子兩相繞組軸線一致時，兩者之間的互感值最大，就是每相的最大互感msL ， 將式 （ 23） 到式 （ 29） 都代入式 （ 22） ，即得完整的磁鏈方程，顯然這個矩陣是比較復(fù)雜的，為了方便起見，可以將它寫成分塊矩陣的形式如下： = ss srssrs rrrrLL iLL i?? ??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? （ 210） 式中 ? ? ? ?TTs A B C r a b c? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ?TTs A B C r a b ci i i i i i i i （ 211） 111112211221122m s s m s m ss s m s m s s m sm s m s m s sL L L LL L L L LL L L L??? ? ???? ? ? ???? ? ??? （ 212） 111112211221122m s r m s m sr r m s m s r m sm s m s m s rL L L LL L L L LL L L L??? ? ???? ? ? ???? ? ??? （ 213） 值得注意的是， rsL 和 srL 兩個矩陣互為轉(zhuǎn)置，且均與轉(zhuǎn)子位置角 ? 有關(guān)，它們的元素都是變參數(shù)，這是系統(tǒng)非線性的一個根源。因此上述電磁轉(zhuǎn)矩公式完全適用于變壓變頻器供電的含有電流諧波的三相異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)電動勢 和電磁轉(zhuǎn)矩的非線性關(guān)系和直流電動機(jī)弱磁控制的情況相似，只是關(guān)系 復(fù)雜一些。許多專家學(xué)者對此進(jìn)行過潛心的研究，終于獲得了成功。因?yàn)檫M(jìn)行變換的是電流的空間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的 控制系統(tǒng)就叫做矢量變換控制系統(tǒng)，或稱矢量控制系統(tǒng)。矢量控制算法已被廣泛地應(yīng)用在 SIEMENS， AB， GE， FUJI 等國際化大公司變頻器上。 坐標(biāo)變換 前面已推導(dǎo)出異步電動機(jī)的動態(tài)模型，但是，要分析和求解這組非線性方程是非常困難的，即使要畫出很清楚的結(jié)構(gòu)圖也并不是容易的事。直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是比較簡單的，現(xiàn)在先分析直流電機(jī)的磁鏈關(guān)系，如圖 。雖然電樞本身是旋轉(zhuǎn)的，但其繞組通過換向器電刷接到端接板上，電刷將閉合的電樞繞組分成兩條支路。電樞磁動勢的作用可以用補(bǔ)償繞組磁動勢抵消，或者由于其作用方向與 d 軸垂直而對主磁