【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，在空間是正弦分布，并以同步轉(zhuǎn)速順著ABC的相序在旋轉(zhuǎn)，如圖23所示。圖23 三相坐標(biāo)系、兩相坐標(biāo)系的物理模型圖23中繪出的兩相繞組，通以平衡兩相交流電，電流為和，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁動(dòng)勢(shì)。如果三相繞組和兩相繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)大小和轉(zhuǎn)速都相等時(shí)，就可以認(rèn)為兩相繞組和三相繞組等效，這就是3/2變換。圖24中除兩相繞組外，還給出了匝數(shù)相等的兩個(gè)相互正交的繞組，分別通直流電流和，使其產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)的位置相對(duì)于繞組的位置來說是固定不變的。如果人為地使鐵心（包含繞組）以同步轉(zhuǎn)速去旋轉(zhuǎn)，則磁動(dòng)勢(shì)也將隨著鐵心旋轉(zhuǎn)，就可以成為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。如果這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的大小和轉(zhuǎn)速都與固定交流繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相等，那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組就可以視為和前面兩套固定的交流繞組都是等效的。圖24 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的物理模型 三相兩相變換（3/2變換）圖25是交流電機(jī)的坐標(biāo)系的等效變換圖。圖中A，B，C三個(gè)坐標(biāo)軸分別代表電機(jī)分解后的參量的三相坐標(biāo)系，而則表示電機(jī)參量后分解的靜止的兩相坐標(biāo)系。而在每一個(gè)坐標(biāo)軸的磁動(dòng)勢(shì)的分量都可以通過在這個(gè)坐標(biāo)軸上的電流和電機(jī)在這個(gè)坐標(biāo)軸上的匝數(shù)之間的乘積來表示，其空間矢量均位于相關(guān)的坐標(biāo)軸上。圖25 兩相正交坐標(biāo)系和三相坐標(biāo)系的磁動(dòng)勢(shì)矢量按照磁動(dòng)勢(shì)等效原則，三相合成磁動(dòng)勢(shì)與兩相合成磁動(dòng)勢(shì)相等，故兩套繞組磁動(dòng)勢(shì)在軸上的投影都相應(yīng)相等，因此寫成矩陣形式得 （公式222）按照變換前后總功率不變，可以證明匝數(shù)比為 （223）代入式（222），得 （224） 令表示從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系的變換矩陣，則 （225）利用的約束條件，將（224）擴(kuò)展為 （226）第三行的元素取，使其相應(yīng)的變換矩陣為正交矩陣，其優(yōu)點(diǎn)在于逆矩陣等于矩陣的轉(zhuǎn)置。由式（226）求得逆變換 （227）再出去第三列，即得兩相正交坐標(biāo)系變換到三相正交坐標(biāo)系（3/2變換）的變換矩陣 （228）考慮到，代入式（123）并整理后得 （229）相應(yīng)的逆變換 （230）從原理上分析，上面的變換公式是有普遍性額，同樣能應(yīng)用在電壓或者其他的參量的坐標(biāo)變換中．將三相坐標(biāo)的模型變換為兩相坐標(biāo)的模型，這是簡(jiǎn)化電機(jī)模型復(fù)雜度的第一步，為滿足不同的參考坐標(biāo)系下的各參量的分量分析，需要找到不同的參考運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的變換方程，接下來推演靜止坐標(biāo)系變換到運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的公式。 靜止兩相旋轉(zhuǎn)正交變換（2r/2s變換）將靜止兩相的正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系之間的變換，稱為靜止兩相旋轉(zhuǎn)正交變換（簡(jiǎn)稱2s/2r變換），其中，S表示靜止，表示旋轉(zhuǎn)，變換的前提還是產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)等價(jià)。圖26給出了和坐標(biāo)系中的各個(gè)磁動(dòng)勢(shì)矢量，繞組每項(xiàng)有效匝數(shù)均為。磁動(dòng)勢(shì)矢量是位于相關(guān)坐標(biāo)軸上的。兩相交流電流以及兩個(gè)直流電流會(huì)以角速度旋轉(zhuǎn)的產(chǎn)生等效的的合成磁動(dòng)勢(shì)。圖26 旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系以及兩相靜止正交坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢量由圖26可見，和之間存在的關(guān)系。 （231）寫成矩陣的形式，得 （232）因此兩相靜止正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)兩相正交坐標(biāo)系的變換矩陣為 （233）那么兩相旋轉(zhuǎn)的正交坐標(biāo)系到兩相靜止正交坐標(biāo)系的變換矩陣為 （234）即 （235）電壓及磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換矩陣和電流旋轉(zhuǎn)變換矩陣相同。 異步電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制的基本思想是：通過坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)的正交坐標(biāo)系中，得出等效的直流電機(jī)的模型。模仿直流電機(jī)的控制方法去控制電磁轉(zhuǎn)矩和磁鏈，然后把轉(zhuǎn)子磁鏈的定向坐標(biāo)系里得到的控制量通過反變換得到三相坐標(biāo)系里的對(duì)應(yīng)量，用以實(shí)現(xiàn)控制。因?yàn)樽儞Q的矢量，所以這種變換稱為矢量變換，其相應(yīng)控制系統(tǒng)稱為矢量控制系統(tǒng)。在三相坐標(biāo)系上，定子交流電，通過3/2變換可以等效為靜止兩相正交坐標(biāo)系上的交流電流和，再進(jìn)行與轉(zhuǎn)子磁鏈同步的旋轉(zhuǎn)變換，就可以等效為旋轉(zhuǎn)同步正交坐標(biāo)系中的直流電流和。這樣用和作為輸入的電動(dòng)機(jī)模型就是直流電機(jī)等效模型。如圖27圖27 異步電機(jī)矢量變換及等效的直流電機(jī)模型如果采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向則僅實(shí)現(xiàn)了電子電流兩個(gè)分量的解耦，而電流微分方程里依然存在交叉耦合和非線性。若采用電流閉環(huán)控制，那么可以有效地抑制，實(shí)際電流能快速跟隨給定值。如圖28。圖28 矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖采用電流閉環(huán)控制之后，轉(zhuǎn)子磁鏈為穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，此時(shí)轉(zhuǎn)子磁鏈可以采用閉環(huán)控制也可以使用開環(huán)控制；而轉(zhuǎn)速環(huán)節(jié)存在積分環(huán)節(jié)，是不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，需要加轉(zhuǎn)速外環(huán)控制，使其穩(wěn)定。本文采用的方法為：將檢測(cè)到的三相電流（實(shí)際只需兩相電流）實(shí)施3/2變換，再施以旋轉(zhuǎn)變換得到坐標(biāo)系下的電流和；使用PI調(diào)節(jié)軟件構(gòu)成電流閉環(huán)控制，電流調(diào)節(jié)器輸出為給定定子電壓和，經(jīng)反旋轉(zhuǎn)變換，得兩相靜止坐標(biāo)系的給定定子電壓值和。再經(jīng)過SVPWM控制的逆變器輸出三相電壓，如圖29。圖29 三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)控制的關(guān)鍵是的準(zhǔn)確定向，即需要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置。此外，在構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈的反饋及轉(zhuǎn)矩控制的時(shí)候，轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值也是不可缺少的信息。對(duì)轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行直接檢測(cè)比較困難，現(xiàn)實(shí)中大多采用按模型計(jì)算的方法解決。在計(jì)算模型中，由于主要測(cè)量的信號(hào)的不同，分為電流模型和電壓模型兩種。電流模型的計(jì)算有實(shí)際測(cè)量的三相定子電流進(jìn)行3/2變換得到兩相靜止正交坐標(biāo)系上的電流和，然后利用坐標(biāo)系內(nèi)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈在兩坐標(biāo)軸上的分量。 （236）利用直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)的變換，得出轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶糠岛涂臻g位置，由于矢量變換中采用的的正弦和余弦函數(shù)，所以有 （237）電壓模型的計(jì)算是根據(jù)電壓方程內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動(dòng)勢(shì)的積分即得磁鏈。這種模型稱為電壓模型。其表達(dá)式為 （238）在本系統(tǒng)中，采用的是混合型的轉(zhuǎn)子磁鏈模型。由電壓模型和電流模型組合而成。其工作方式為：低速運(yùn)行，系統(tǒng)采用電低流模型來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈；高速運(yùn)行，系統(tǒng)采用電壓模型計(jì)算轉(zhuǎn)子的磁鏈。而界定高低速運(yùn)行的臨界線為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的10%。低于額定轉(zhuǎn)速的10%認(rèn)定為低速運(yùn)行，高于10%認(rèn)定為高速運(yùn)行。3 基于DSP芯片TMS320F2812的矢量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為減少?gòu)?qiáng)電系統(tǒng)引起的強(qiáng)磁和噪音對(duì)系統(tǒng)的影響，系統(tǒng)的硬件功能劃分為弱電和強(qiáng)電兩部分。中間通過光電耦合及不同的接口單元對(duì)不同的控制策略和功率容量進(jìn)行了分劃和組合。系統(tǒng)的硬件部分模塊化。圖31 系統(tǒng)原理總圖系統(tǒng)的強(qiáng)電主電路采用的是交直交的電壓型變頻電路。系統(tǒng)主電路的工作流程為：首先將從電玩引出的三相電流經(jīng)過不可控整流電路整流得到直流電，然后經(jīng)濾波電容組濾波，得到平滑的直流電。輸入IPM智能功率模塊所組成的逆變單元，得到系統(tǒng)所要求的輸送給異步電機(jī)的三相交流電。弱電部分：以TMS320LF2812DSP芯片為主體的核心控制電流，光電耦合隔離電路，光電旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)速電路，濾波采樣電路，外設(shè)、保護(hù)模塊電路。系統(tǒng)還有開關(guān)電源電路