【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 BA 21LLL???sacbacba ?cosmcCbBaALLL??)120(bac ??sacb ??????????????rsrsrsiLΨ??TCBA?s ??Tcbar??Ψii?ii????????????smsms sss21lll LLs ????????????rmssmsrssrs21lll LLr ?????????????? ???cos)120cos()120cos( )120(mLTsr LiψiTW2139。m?蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文8而電磁轉(zhuǎn)矩等于機(jī)械角位移變化時(shí)磁共能的變化率 （電流約束為常值） ，且機(jī)械角位移 ?m = ? / np ，于是 (216)將式（215）代入式（216） ，并考慮到電感的分塊矩陣關(guān)系式得: (217)又由于：代入式（217）得 (218)以式電感的分塊矩陣關(guān)系式代入式（218）并展開后，舍去負(fù)號(hào)，意即電磁轉(zhuǎn)矩的正方向?yàn)槭?? 減小的方向，則得到了轉(zhuǎn)矩方程的三相坐標(biāo)系形式： （219）（4） 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程 在一般情況下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式是 （220） —— 負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩；LT —— 機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J—— 與轉(zhuǎn)速成正比的阻轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)；D—— 扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 K對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載， ，則0,DK?? (221) 異步電動(dòng)機(jī)在任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型設(shè)兩相坐標(biāo)系 d 軸與三相坐標(biāo) A 軸的夾角為 ，而 為兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐S?Sdqsp??標(biāo)系（dq 坐標(biāo)系）相對(duì)于定子的角轉(zhuǎn)速，數(shù)學(xué)模型由以下方程表述：mW??39。.const39。39。e ????iiWT?iLii ????????021rssrppe ??TT ][][ cbaCBArs iiiTT?ii ??????????rssrrpe21iLii?TTn)]120sin()(i[bCaBcAbcbamspe ?????iiLnT??ppLe nKDdtnJT???tnJTdpLe??蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文9（1）磁鏈方程 (222)0sd sdSmq qr rrmiLLi??????????????式中：， ， ， ——dq 坐標(biāo)系下定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的兩個(gè)分量；sd?sqrdrq?, , , ——dq 坐標(biāo)系下定子電流與轉(zhuǎn)子電流的兩個(gè)分量；sdiqrdiq——定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感；mL——定子等效兩相繞組的自感；S——轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感；r(2)電壓方程 (223)sdSdqsmdqsmsdqdqsSdqs qrmrrrrrmURLPLpipRPi??????? ???? ?????? ??式中：， ， ， dq 坐標(biāo)系下定子電壓與轉(zhuǎn)子電壓的兩個(gè)分量；sdUsqrdrqU, 定子電阻與轉(zhuǎn)子電阻；SRr, dq 坐標(biāo)系分別相對(duì)于定子、轉(zhuǎn)子的角轉(zhuǎn)速；dqs?r, , , , , , 同上。sdiqrdiqSLmr（3）轉(zhuǎn)矩方程 (224)()epmsqrdsrqTnLii??式中：——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩； e——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；pn蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文10, , , , 同上。mLsqirdsirq(4)運(yùn)動(dòng)方程 (225)eLpJTndt???——負(fù)載轉(zhuǎn)矩； ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；J——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；LT, ——同上epn以上構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)在兩相以任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型。它比異步電動(dòng)機(jī)在三相以任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，階次有所降低，但是其非線性、多變量、強(qiáng)耦合的性質(zhì)沒有改變。 異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系（ 坐標(biāo)系）下的數(shù)學(xué)模型是在任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系??下數(shù)學(xué)模型當(dāng)轉(zhuǎn)速等于零時(shí)的特例。當(dāng) =0 時(shí), = ,即轉(zhuǎn)速的負(fù)值。數(shù)學(xué)模型dqs?dqr?由以下方程表述(1)磁鏈方程 (226)0s sSmr rrmiLLi? ?? ????????????????式中， ， ， ——dq 子磁鏈的兩個(gè)分量；s??s?r?r??, , , ——dq 系下定子電流與轉(zhuǎn)子電流的兩個(gè)分量；si?ri?——定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感；mL——定子等效兩相繞組的自感；S——轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感；r(2)電壓方程 (227)sdSdqsmdqsmsdqdqsSdqs qrmrrrrrmuRLPLpipRPi??????? ???? ??? ???? ??蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文11式中， ， ， ——dq 坐標(biāo)定子電壓與轉(zhuǎn)子電壓的兩個(gè)分量；sdusqrdrqu, ——電阻；SRr, ——dq 坐標(biāo)系分別相對(duì)于定子,轉(zhuǎn)子的角速度；dqs?r, , , , , , ——同上。sdiqrdiqmLsr(3)轉(zhuǎn)矩方程 (228)()epmsqrdTnii??式中 ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩； ——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；e p, , , , ——同上mLsqirdsirq(4)運(yùn)動(dòng)方程 (229)eLpjTndt???式中——負(fù)載轉(zhuǎn)矩； ——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；L——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； , ——同上JeTpn以上構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文12第3章 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的原理 直接轉(zhuǎn)矩控制原理直接轉(zhuǎn)矩控制是為電壓源型 PWM 逆變器傳動(dòng)系統(tǒng)提出的一種先進(jìn)的轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，基于該技術(shù)的傳動(dòng)系統(tǒng)性能可與矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)性能相媲美。該控制方案的原理是通過查表的方法以選擇合適的電壓空間矢量，從而實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的直接控制。其控制原理如下：首先，在三相靜止坐標(biāo)系下，將電磁轉(zhuǎn)矩表示為電動(dòng)機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的函數(shù)： 213sin(31)2epSrRSrLTn??????????其 中式中, ——定子磁鏈、轉(zhuǎn)子磁鏈；S?r, , ——定子電感、轉(zhuǎn)子電感、定子轉(zhuǎn)子之間的互感；Lm——電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；pn——電磁轉(zhuǎn)矩；eT——轉(zhuǎn)矩角，即定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角；?在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，保持定子磁鏈幅值為額定值，以便充分利用電動(dòng)機(jī)鐵心；轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負(fù)載決定。通過控制定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間的夾角即轉(zhuǎn)矩角可以控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。在直接轉(zhuǎn)矩控制中，其基本控制方法就是通過選擇電壓空間矢量來控制定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，控制定子磁鏈走走停停，以改變定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文13的大小，從而改變轉(zhuǎn)矩角的大小，以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。直接轉(zhuǎn)矩控制采用兩個(gè)滯環(huán)控制器，分別比較定子給定磁鏈和實(shí)際磁鏈、給定轉(zhuǎn)矩和實(shí)際轉(zhuǎn)矩的差值，然后，根據(jù)這兩個(gè)差值查詢逆變器電壓矢量開關(guān)表得到需要加在異步電動(dòng)機(jī)上的恰當(dāng)?shù)碾妷洪_關(guān)矢量，最后通過 PWM 逆變器來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。整個(gè)控制系統(tǒng)框圖如圖 31 所示：磁鏈滯環(huán)控制器電壓矢量表P W M逆變器M信號(hào)計(jì)算轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器S ( k )Ψ sT eH ψ sH T eE T eE ψ sT e * +Ψ s *ψ sT e+_三相交流電源圖 31 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)框圖磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器為兩電平輸出，原理圖如圖 32 和圖 33 所示： 102 H B ψ圖 3 2 磁鏈滯環(huán)控制器數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： =10sssEHB??????當(dāng) 時(shí) ，當(dāng) 時(shí) ，式中， 為磁鏈控制器的總滯環(huán)帶寬。2?蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文14102 H B T e圖3 轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器3數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： ee=10TeTEHB????當(dāng) 時(shí) ，當(dāng) 時(shí) ，式中，2 為轉(zhuǎn)矩控制器的總滯環(huán)帶寬Te給定定子磁鏈?zhǔn)噶?*的圓形軌跡在滯環(huán)內(nèi)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖 34 所示。實(shí)s?際的定子磁鏈?zhǔn)噶?被控制在滯環(huán)帶內(nèi)并以之字形軌跡跟蹤給定定子磁鏈?zhǔn)噶?*。s?圖 31 中的信號(hào)計(jì)算模塊根據(jù)電機(jī)端電壓和電流信號(hào)計(jì)算出磁鏈和轉(zhuǎn)矩反饋信號(hào)，還計(jì)算出定子磁鏈?zhǔn)噶?所在的扇區(qū) S(k)。如圖 34 所示，共有 6 個(gè)扇區(qū)(每個(gè)扇區(qū)占s)。圖 31 中的電壓矢量表模塊輸入信號(hào) 、 和 S(k)，通過查表方式得到需60? SH?eT要加在逆變器上的適當(dāng)?shù)碾妷菏噶?，如?31 所示。圖 35 表示了逆變器的 8 個(gè)電壓矢量(6 個(gè)非零電壓矢量和 2 個(gè)零矢量)和典型的矢量。如果忽略定子電阻，可得下式：S? (32)??SsdVt??或者 (33)sSt?上式表明，定子磁鏈?zhǔn)噶?的增量為電壓矢量 Vs 與時(shí)間增量出的乘積，也就是說s它與逆變器的六個(gè)非零電壓矢量之間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖 34，35 所示。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文152 H B ψE DCBAV 4 Δ t 4V 3 Δ t 3V 2 Δ t 2V 1 Δ t 1S ( 1 )S ( 2 )S ( 3 )S ( 4 )S ( 5 )S ( 6 )? / 3ψ Sψ rd sω e圖 34 DTC 控制下定子磁鏈?zhǔn)噶康能壽EV 1 ( 1 0 0 )V 2 ( 1 1 0 )V 3 ( 0 1 0 )V 4 ( 0 1 1 )V 5 ( 0 0 1 )V 6 ( 1 0 1 )V 0 ( 0 0 0 )V 7 ( 1 1 1 )ω eΔ ψ 1Δ ψ 2Δ ψ 3Δ ψ 4Δ ψ 5 Δ ψ 6ψ s 圖 35 逆變器電壓矢量及 時(shí)間段內(nèi)相應(yīng)定子磁鏈的變化t?表 31 給出了磁鏈滯環(huán)控制器的輸出 、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)控制器的輸出 、定子磁鏈SH?HeT所在扇區(qū) S(k)三者與所加在逆變器上的電壓矢量之間的關(guān)系。通過查表 31，可以選擇適當(dāng)?shù)碾妷菏噶孔饔糜陔姍C(jī)，其電壓矢量實(shí)際上同時(shí)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行控制。表 31 逆變器電壓矢量開關(guān)表sH?eT(1)S(2)(3)S(4)(5)S(6)0 5V61V23V40 1 3456121 2345611 0 612345蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文16表 32 歸納了圖 35 中各個(gè)電壓矢量作用下，定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩變化量的大小和方向?？梢?，電壓矢量 、 和 作用時(shí)，磁鏈會(huì)增大；而當(dāng) 、 和 作用時(shí)，磁鏈會(huì)減1V26 3V45小。同樣的，電壓矢量 、 和 作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩會(huì)增大； 、 和 作用時(shí)，轉(zhuǎn)矩會(huì)34V126減小。零矢量( 或 )使電機(jī)終端短路，理論上此時(shí)磁鏈和轉(zhuǎn)矩保持不變。但是由于07存在一定的定子電阻壓降，轉(zhuǎn)矩和磁鏈在電機(jī)終端短路時(shí)會(huì)略有減小。表 32 電壓矢量引起的磁鏈和轉(zhuǎn)矩的變化電壓矢量 1V23V45V607Vs??? ??0eT???例如，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行在圖 34 中扇區(qū) s(2)的 B 點(diǎn)，此時(shí)磁鏈過高，轉(zhuǎn)低，即=0， =1，由此查表 31，可知下一步電壓矢量 將作用于逆變器，即產(chǎn)生軌跡SH?Te 4VBC 段。在點(diǎn) c， =1， =1，又查表可知為電壓矢量 由此類推，系統(tǒng)很容易在四S?HTe 3個(gè)象限運(yùn)行。以上詳細(xì)討論了在三相靜止坐標(biāo)系下異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，由于三相兩相變換下并不改變轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法和控制方法，所以在兩相靜止坐標(biāo)系下同樣適用。 定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算模型定子磁鏈采用的 ui 模型是用定子電壓和定子電流來確定定子磁鏈的模型。這種模型最簡(jiǎn)單，在計(jì)算過程中所唯一需要知道的電機(jī)參數(shù)是易于確定的定子電阻。這種模型只有在被積分的差值較大時(shí)才能提供正確的結(jié)果，只有在 10％額定轉(zhuǎn)速以上，特別是在 30％額定轉(zhuǎn)速以上時(shí)，才能夠非常準(zhǔn)確地估計(jì)定子磁鏈。模型的基本方程式如下： (34)()sasasuiRdt??????轉(zhuǎn)矩在 dq 坐標(biāo)系上的計(jì)算方程為: （35） 電壓空間矢量的選擇 電壓空間矢量的分類)(rqsdrsqmpeiiLnT??蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文17電壓源型逆變器(如圖 38)是由三組、六個(gè)開關(guān) )組成。由于 與,(abcss,as、 與 、 與 之間互為反向，即一個(gè)接通另一個(gè)斷開，所以三相開關(guān)有 =8as,b,s,c,s 32種可能的開關(guān)組合。用 表示三相開關(guān) 、 和 。若規(guī)定：a、b、c 三相負(fù)載的,abc,as,b,s某一相與“+”極接通時(shí)， 的開關(guān)狀態(tài)為“1”態(tài)；反之，與“”極接通時(shí)，該相該