【文章內(nèi)容簡介】 表示二表示三1234567 電壓空間矢量由于異步電動機(jī)的電壓，電流，磁鏈等都是三相電磁量，故對異步電動機(jī)進(jìn)行分析和控制時，必須對三相進(jìn)行分析和控制，比較困難。引入PARK矢量變換，可以方便的進(jìn)行控制，PARK矢量變換是將三個標(biāo)量變?yōu)橐粋€矢量。對三相定子繞組相電壓，進(jìn)行PARK矢量變換，得到合成量。= （210）代表著三相電磁量在空間的位置，故稱之為空間矢量。用空間電壓矢量表示逆變器的7個電壓狀態(tài)，形成了7個離散的電壓空間矢量，每兩個工作電壓空間矢量在空間的位置相隔600，6個工作電壓空間矢量的頂點構(gòu)成正六邊形的6個頂點。矢量順序從狀態(tài)“1”到狀態(tài)“6”逆時針旋轉(zhuǎn)。對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)是011—001—101—100—110—010。其所對應(yīng)空間電壓矢量狀態(tài)為—————，零電壓矢量7位于正六邊形中心?？臻g電壓矢量狀態(tài)圖如下圖示。對于異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，對其進(jìn)行定子磁鏈觀測非常重要，對于磁鏈的估算提出了三種模型：模型，模型和模型。下面分別對這三種模型進(jìn)行分析。1. 模型用定子電壓和定子電流來確定定子磁鏈的方法叫模型發(fā)。定子磁鏈可根據(jù)一個簡單公式分析，其公式為： （211） 用該公式確定定子磁鏈，得到精確的電壓，電流，便于計算出定子磁鏈。 模型計算定子磁鏈，其誤差由定子電阻引起。故模型在30%額定轉(zhuǎn)速以上時，能夠非常準(zhǔn)確的確定定子磁鏈，并且仍要注意溫度對電阻的影響。在定子頻率接近零時，這種方法也不適用，原因在于用作定子電壓和定子電阻壓降之間的差值消失，以致只有誤差被積分?？傊?0%額定轉(zhuǎn)速以上時，模型法，結(jié)構(gòu)簡單，精度高。下圖為模型的原理圖。 2. 模型 模型是利用定子電流與轉(zhuǎn)速來確定定子磁鏈。當(dāng)電動機(jī)在30%額定轉(zhuǎn)速以下時，磁鏈只能根據(jù)轉(zhuǎn)速來正確計算，這時利用模型計算磁鏈?zhǔn)欠浅：线m的。下式為模型定、轉(zhuǎn)子磁鏈計算公式： （212） （213） 式中：、為轉(zhuǎn)子磁鏈在坐標(biāo)系上的分量； 、為定子磁鏈在坐標(biāo)系上的分量。由公式可知，模型雖然不受定子電阻的影響，但其受到轉(zhuǎn)子電阻、漏電感、主電感的影響。此外模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，角速度的測量誤差對模型影響很大，故需要精密的測量角速度。3. 模型模型綜合了模型和模型的特點，是一個在全速范圍內(nèi)都適用的磁鏈模型，其由定子電壓和轉(zhuǎn)速來獲得定子磁鏈。其主要優(yōu)點是：（1）結(jié)合了模型和模型的優(yōu)點，很自然的解決了切換的問題；（2）引入PI電流調(diào)節(jié)器，大大提高了電動機(jī)模型的仿真精度；缺點是：結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，實用性差。 電壓空間矢量對電動機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響 電壓空間矢量對定子磁鏈影響 將逆變器的輸出電壓直接加到異步電動機(jī)的定子上，定子電壓與逆變器電壓相等也為，得定子磁鏈與定子電壓關(guān)系式為： = （214）若忽略定子電阻壓降的影響，近似為： = （215）該關(guān)系式表示定子磁鏈空間矢量與電壓空間矢量之間的積分關(guān)系。如下圖根據(jù)磁鏈空間矢量與電壓空間矢量的關(guān)系圖可得出：（1）忽略定子電阻的影響，可得到定子磁鏈頂點的運動軌跡方向平行于電壓空間矢量的指向的方向。（2）在適當(dāng)時給出定子電壓空間矢量，可得到定子磁鏈運行的軌跡為，形成正六邊形。于是可利用逆變器的六個工作電壓狀態(tài)可簡單的得到六邊形的磁鏈軌跡對電動機(jī)進(jìn)行控制。這就是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本思想，電壓空間矢量對定子磁鏈的影響可通過以下方式實現(xiàn)：（1）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：在正常電壓空間矢量作用期間，適時的插入零矢量對電動機(jī)進(jìn)行控制，當(dāng)有效電壓空間矢量作用時，定子磁鏈運動軌跡沿著電壓空間矢量作用方向運動。插入零矢量后，定子磁鏈靜止，由于零矢量的插入，使得旋轉(zhuǎn)速度變慢，在這期間保持電壓空間矢量作用時間不變，定子磁鏈幅值不變，電動機(jī)實現(xiàn)恒磁通調(diào)速，即實現(xiàn)了恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。（2）恒功率調(diào)速：通過改變電壓空間矢量的作用時間，達(dá)到改變定子磁鏈旋轉(zhuǎn)速度的目的。由于電壓空間矢量幅值不變，只改變了作用時間，所以定子磁鏈所圍成的面積發(fā)生改變，作用時間變短，面積變小，定子磁鏈幅值變小。對電動機(jī)實現(xiàn)了恒功率調(diào)速。 電壓空間矢量對轉(zhuǎn)矩的影響 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小跟定、傳子磁鏈的幅值和磁通角有關(guān)。在實際運用時，為了充分利用鐵心，保持定子磁鏈幅值不變，轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值是根據(jù)負(fù)載決定，故在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，可以通過改變磁通角的大小來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的控制，其控制方法為通過控制電壓空間矢量來對定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行控制，改變了定子磁鏈的平均旋轉(zhuǎn)速度，從而改變了磁通角的大小，以實現(xiàn)對電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。其主要控制方法有以下幾方面：（1）增大轉(zhuǎn)矩：增大有效電壓空間矢量，使得電壓幅值足夠大，就使得定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度大于轉(zhuǎn)子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，磁通角增大，對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩增大。（2）減小轉(zhuǎn)矩：給出零電壓空間矢量，定子磁鏈會走走停停，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)速度小于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度，磁通角減小，轉(zhuǎn)矩減小。（3）迅速減小轉(zhuǎn)矩：施加有效反向電壓空間矢量，定子磁鏈會進(jìn)行反方向旋轉(zhuǎn)，磁通角迅速減小，使得轉(zhuǎn)矩也迅速減小。 通過控制工作狀態(tài)的電壓空間矢量和零狀態(tài)電壓空間矢量的交替出現(xiàn)的時間，實現(xiàn)了對定子磁鏈旋轉(zhuǎn)的速度的改變，通過這樣的瞬態(tài)調(diào)節(jié)可獲得高性能的轉(zhuǎn)矩特性。 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器原理通過前文的介紹，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本控制方式已經(jīng)清楚，根據(jù)前文可得到系統(tǒng)的控制環(huán)節(jié)及結(jié)構(gòu)。直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)可分為以下幾個部分：（1）控制部分：分為磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器；（2）逆變部分：由逆變器組成；（3）電機(jī)部分：為異步電動機(jī)。圖中各個單元器件名稱為： AMM—異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型； UCT—坐標(biāo)變換單元； DMC—磁鏈自控制單元； AZS—零狀態(tài)選擇單元； AMC—轉(zhuǎn)矩計算單元； ATR—轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器； UT—逆變器。由圖可知，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)工作原理為：通過AMM計算得到定子磁鏈，并分解到坐標(biāo)軸，然后經(jīng)過UCT進(jìn)行坐標(biāo)變換，通過將計算得到的磁鏈值與DMC給定的磁鏈值進(jìn)行比較，得到磁鏈開關(guān)信號，通過AMC計算得到轉(zhuǎn)矩值，根據(jù)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR的輸出量決定是否插入零狀態(tài)，確定電壓開關(guān)狀態(tài)，對逆變器的輸出電壓進(jìn)行控制，使其產(chǎn)生六邊形磁鏈。 磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器磁鏈調(diào)節(jié)的主要任務(wù)是對磁鏈量進(jìn)行調(diào)節(jié)。在電動機(jī)低速運行時，由于定子電阻壓降的影響，定子磁鏈幅值減小，在電動機(jī)低頻運行時，定子磁鏈幅值也減小，為了避免定子磁鏈的減小，引入磁鏈滯環(huán)調(diào)節(jié)器，主要作用在于加大定子磁鏈幅值，維持磁鏈幅值在允許范圍內(nèi)波動。磁鏈調(diào)節(jié)過程是通過磁鏈電壓完成，磁鏈電壓為定子電壓空間矢量，目的在于區(qū)別轉(zhuǎn)矩電壓，作用在于增大定子磁鏈幅值。對磁鏈電壓的選擇主要有兩種：一種是與磁鏈運動軌跡成600角的電壓空間矢量；另一種是成1200角的電壓空間矢量。磁鏈調(diào)節(jié)器器實際上也是一個施密特觸發(fā)器，對磁鏈幅值進(jìn)行兩點式調(diào)節(jié)。引入容差寬度，它是定子磁鏈幅值與給定幅值之間允許的波動范圍，磁鏈調(diào)節(jié)器輸入量為給定磁鏈幅值與反饋磁鏈幅值之差，輸出兩為磁鏈量開關(guān)信號。 轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)的任務(wù)是實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的直接控制。為了實現(xiàn)這一效果，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器必須有以下兩個功能：一是用轉(zhuǎn)矩兩點