異步電機(jī)矢量控制(編輯修改稿)
2024-08-03 14:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 式。 q d 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換圖下面通過相電流的等效變換，來說明旋轉(zhuǎn)變換原理。此變換簡稱2s/2r變換。其中s表示靜止，r表示旋轉(zhuǎn)。從圖中可以看出，假定固定坐標(biāo)系的兩相垂直電流與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩相垂直的電流產(chǎn)生等效的、以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的合成磁動勢，由于變換坐標(biāo)變換前后各個繞組的匝數(shù)相等，故能量恒定，因此變換前后的系數(shù)相等。當(dāng)合成磁動勢在空間旋轉(zhuǎn)，分量的大小保持不變，相當(dāng)于在dq坐標(biāo)軸上繞組的電流是直流。軸與d軸夾角隨時間而變化。從圖上可以得到: (113)式中為2s/2r變換矩陣。 同理，經(jīng)過坐標(biāo)逆變換，也可以得到從兩相靜止坐標(biāo)系變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣： （114） 從上面電機(jī)的坐標(biāo)系變換中，可以看到，經(jīng)過3/2變換以及旋轉(zhuǎn)變換，可以將子三相繞組電流等效在空間任意角度坐標(biāo)系上。同理，對于任何電參數(shù)，都可以通過等效變換，將其變換在空間任意角度的坐標(biāo)系上。如果將上面推導(dǎo)的電機(jī)數(shù)學(xué)模型中的電壓矩陣經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換，同樣可以將電機(jī)各個參量等效在空間任意位置的坐標(biāo)系中，因此當(dāng)選擇與轉(zhuǎn)子磁場固聯(lián)的坐標(biāo)系時，可以大大簡化電機(jī)數(shù)學(xué)模型，便于電機(jī)解耦控制。在當(dāng)前電機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的廣義旋轉(zhuǎn)變換電壓變換矩陣為: (115)上面的變換矩陣的系數(shù)是經(jīng)過規(guī)格化的。在不同控制方式中可將其等效在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，還可等效在旋轉(zhuǎn)磁場上，也可以等效于一個變量上，如電流，電壓，或者磁通等。不同的坐標(biāo)等效導(dǎo)致了不同的坐標(biāo)系和不同的控制方法。當(dāng)角度為零時，就是上述的3/2變換，即為a，,0坐標(biāo)下的模型，當(dāng)坐標(biāo)于轉(zhuǎn)子軸上時，對異步電機(jī)來說:。 矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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，再經(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(代表磁動勢)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)就稱為矢量控制系統(tǒng)(Vector Control System)，簡稱VC系統(tǒng)。VC系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中的給定和反饋信號經(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和電樞電流的給定信號，經(jīng)過反旋轉(zhuǎn)變換一得到和，再經(jīng)過2／3變換得到、和。把這三個電流控制信號和由控制器得到的頻率信號加到電流控制的變頻器上，所輸出的是異步電動機(jī)調(diào)速所需的三相變頻電流。 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖在設(shè)計(jì)VC系統(tǒng)時，如果忽略變頻器可能產(chǎn)生的滯后，并認(rèn)為在控制器后面的反旋轉(zhuǎn)變換器與電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR相抵消，2／3變換器與電機(jī)內(nèi)部的3／2變換環(huán)節(jié)相抵消，剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)了?？梢韵胂?，這樣的矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜、動態(tài)性能上完全能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。3 轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及解耦控制上節(jié)的定性分析是矢量控制的基本思路，其中的矢量變換包括三相一兩相變換和同步旋轉(zhuǎn)變換。實(shí)際上異步電動機(jī)具有定子和轉(zhuǎn)子，定、轉(zhuǎn)子電流都得變換，情況更復(fù)雜一些，要研究清楚還必須從分析動態(tài)數(shù)學(xué)模型開始。如前所述，取d軸為沿轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较?，稱作M(Magnetization)軸，再逆時針轉(zhuǎn)就是q軸，它垂直于矢量，又稱T(Torque)軸。這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系稱作M、T坐標(biāo)系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向(Field Orientation)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。當(dāng)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時，應(yīng)有 ( 31)代入轉(zhuǎn)矩方程式和狀態(tài)方程式，并用m、t代替d、q，即得 ( 32) (33) (34) (35) (36) ( 37)由于，狀態(tài)方程中的蛻化為代數(shù)方程，將它整理后可得轉(zhuǎn)差公式 ( 38)這使?fàn)顟B(tài)方程又降低了一階。由式可得 （39）則 （310）或 （311）式310或311表明，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量無關(guān)，從這個意義上看，定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。式310還表明，與之問的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，其時
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