【文章內(nèi)容簡介】 39。 與原來的電壓空間矢量 outU 的幅值相等。 如此下去，在每一個 PWMT 期間，都改變相鄰基本矢量作用的時間，并保證所合成的電壓空間矢量的幅值都相等，因此，當(dāng) PWMT 取足夠小時，電壓空間矢量的軌跡是一個近似圓形的正多邊形。 、 2t 和 0t 的計(jì)算 如上面所述，線性時間組合的電壓空間矢量 outU 是 PWMTt1 倍的 xU 與 PWMTt2 倍的60?xU 的矢量和，即： 6021 ??? xP W MxP W Mout UT tUT tU (142) 由圖 118，根據(jù)三角形的正弦定理有： ???? 120s in)60s in ( 1 outxP W M UUTt? (143) ??? 120s ins in 602 outxPW M UUTt? (144) 由式 (143)和 (144)解得： ??????????????s in32)60s in (326021P W MxoutP W MxoutTUUtTUUt (145) 式中， PWMT 可事先選定； outU 可由 fU 曲線確定； ? 可由輸出正弦電壓角頻率 ? 和 PWMnT的乘積確定。因此， 當(dāng)已知兩相鄰的基本電壓空間矢量 xU 和 60?xU 后，就可以根據(jù)式 (145)確定 1t 和 2t 。 1t 和 2t 還有另一種確定方法。當(dāng) outU 、 xU 和 60?xU 投影到平面直角坐標(biāo)系 ?? 中時，式 (142)可以寫成： ??????????????????? ?????????outoutxxxxP W M UUUU UUTtt 1606021 (145) 當(dāng)已知逆陣 16060 ??? ??????????xxxx UU UU 和 outU 在平面直角坐標(biāo)系 ??的投影 ????????outoutUU 后，就 可以確定 1t 和 2t 。 在圖 117中，當(dāng)逆變器單獨(dú)輸出零矢量 00O 和 111O 時，電動機(jī)的定子磁鏈?zhǔn)噶?? 是不動的，根 據(jù)這個特點(diǎn)，在 PWMT 期間插入零矢量作用的時間 0t ，使： 021 tttTPWM ??? (147) 通過這樣方法，可以調(diào)整角頻率 ? ，從而達(dá)到變頻的目的。 添加零矢量是遵循使功率開關(guān)管的開關(guān)次數(shù)最少的原則來選擇 00O 或 111O 。 為了使磁鏈的運(yùn)動速度平滑，零矢量一般都不是集中地加入，而是將零矢量平均分成幾份，多點(diǎn)地插入到磁鏈軌跡中，但作用的時間和仍為 0t ，這樣可以減少電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的脈動。 將圖 117 劃分成 6 個區(qū)域，稱為扇區(qū)。每個區(qū)域都有一個扇區(qū)號 (如圖中 0、 1 、 5)。確定 outU 位于哪個扇區(qū)是非常重要的，因?yàn)橹挥兄?outU 位于哪個扇區(qū)，才能知道用哪一對相鄰的基本電壓空間矢量來合成 outU 。 確定 outU 所在的扇區(qū)號的方法有兩種： ① 當(dāng) outU 以 ??坐標(biāo)系上的分量形式 ?outU 、 ?outU 給出時，先用下式計(jì)算 0B 、 1B 、 2B ： ????????????????????UUBUUBUB30s in60s in30s in60s in210 (147) 再計(jì)算下式 P 值： )()(2)(4 012 Bsig nBsig nBsig nP ??? (148) 式中， )(sin xn 是符號函數(shù)，如果 1)(,0 ?? xsignx ；如果 0)(,0 ?? xsignx 。 然后，根據(jù) P 值查表 43，即可確定扇區(qū)號。 表 43 P 值與扇區(qū)號對應(yīng)關(guān)系 P 1 2 3 4 5 6 扇區(qū)號 1 5 0 3 2 4 ② 當(dāng) outU 以幅值和相角的形式給出時，可直接根據(jù)相角來確定它所在的扇區(qū)。 當(dāng)由 6 個基本電壓空間矢量合成的 outU 以近似圓形軌跡旋轉(zhuǎn)時，其圓形軌跡是 6 個基本電壓空間矢量幅值的限制。最大的園形軌跡是 6 個基本矢量幅值所組成的正 6 邊形的內(nèi)接園，如圖 119 所示。 因此， outU 的最大幅值 (也是最大軌跡園半徑 )是 2DCU 。 交流異步電動機(jī)的矢量控制 交流異步電動機(jī)變頻變壓調(diào)速系統(tǒng)，由于它們采用 U/f 恒定、轉(zhuǎn)速開環(huán)的控制，基本上解決了異步電動機(jī)平滑調(diào)速的問題。但是，對于那些對動靜態(tài)性能要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)來說，上述系統(tǒng)還不能滿足使用要求。與直流電動機(jī)的優(yōu)良的動靜態(tài)調(diào)速性能相比，使我們想到能否讓交流電動機(jī)調(diào)速像直流電動機(jī)那樣控制。 矢量控制理論是由德國的 在 1971 年提出的。 矢量控制法成功的應(yīng)用后，使交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速后的機(jī)械特性以及動態(tài)性能都達(dá)到了與直流電動機(jī)調(diào)壓時的調(diào)速性能不相上下的程度。從而使交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速在電動機(jī)的調(diào)速領(lǐng)域里占有越來越重要的地位。 交流異步電動機(jī)的矢量控制基本原理 任何電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩都是由主磁場和電樞磁場相互作用而產(chǎn)生的。因此，為弄清楚交流異步電動機(jī)的調(diào)速性能為什么不如直流電動機(jī)的原因，我們將交流異步電動機(jī)和直流電動機(jī)的磁場情況進(jìn)行比較： ①直流電動機(jī)的勵磁電路和電樞電路是相互獨(dú)立的；而交流異步電動機(jī)的勵磁電流和負(fù)載電流 都在定子電路，無法將他們分開。 ②直流電動機(jī)的主磁場和電樞磁場在空間是互差 90176。電度角；交流異步電動機(jī)的主磁場和轉(zhuǎn)子電流磁場間的夾角與功率因數(shù)有關(guān)。 ③直流電動機(jī)是通過獨(dú)立地調(diào)節(jié)兩個磁場中的一個來進(jìn)行調(diào)速；交流異步電動機(jī)則不能。 在交流異步電動機(jī)中，如果也夠?qū)ω?fù)載電流和勵磁電流分別進(jìn)行獨(dú)立控制，并使它們的磁場在空間位置上也能相差 90176。電度角，那么，其調(diào)速性能就可以和直流電機(jī)相媲美了。這一想法最終通過矢量控制方式得以實(shí)現(xiàn)。 1．產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的方式 律，對下面 3種旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行分析。 眾所周知 ，任意多相繞組通以多相平衡的電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。為了找出三相交流異步電動機(jī)上模擬直流電動機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的規(guī) ⑴三相旋轉(zhuǎn)磁場 如圖 21 所示 是三相固定繞組 A、 B、 C。這三相繞組的特點(diǎn)是：三相繞組在空間上相差 120176。 ，三相平衡的交流繞組電流 Ai 、 Bi 、 Ci 在相位上相差 120176。 。 對三相繞組通入三相交流電后，其合成磁場如圖 22 所示。由圖可見，隨著時間的變化，合成的軸線也在旋轉(zhuǎn)，電流交變一個周期，磁場也旋轉(zhuǎn)一周。在合成磁場旋轉(zhuǎn)的過程中，合成磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，所以稱為園磁場。 AACBBC 圖 21三相繞組與三相交流電流 ⑵ 兩相旋轉(zhuǎn)磁場 如圖 23 所示是兩相固定繞組α 、 β。這兩相繞組在空間上相差 90176。 ，兩相平衡的交流電流 ?i 、 ?i 在相位上相差 90176。 。 ?? 4? 2? t?i ?i ?i0( a ) 兩 相 繞 組 ( b ) 兩 相 電 流 圖 23 兩相繞組與兩相交流電流 對兩相繞組通入兩相電流后，其合成磁場如圖 24 所示。由圖可見，兩相合成磁場也具有和三相旋轉(zhuǎn)磁場完全相同的特點(diǎn)。 0)( ?ta ? 4)( ?? ?tb 2)( ?? ?tc 圖 24 兩相合成磁場 ⑶ 旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)磁場 在如圖 259(a)所示的旋轉(zhuǎn)體上，放置一個繞組 M， M內(nèi)通入直流電流，這樣它將產(chǎn)生一個恒定磁場，這個恒定磁場是不旋轉(zhuǎn)的。但當(dāng)旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時，恒定磁場也隨之旋轉(zhuǎn)，在空間形成一個旋轉(zhuǎn)磁場。由于是借助機(jī)械運(yùn)動而得動的，所以也稱為機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場。 如果在旋轉(zhuǎn)體上放置兩個相互垂直繞組 M、 T，則當(dāng)給這兩個繞組分別通入直流電流時，它們的合成磁場仍然是恒定磁場，如圖 25(b)所示。 Mn( a ) 旋 轉(zhuǎn) 體 所 形 成 的 旋 轉(zhuǎn) 磁 場MnT MFTF F( b ) 旋 轉(zhuǎn) 體 上 兩 個 直 流 繞 組 產(chǎn) 生 的 磁 場 圖 25 機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場 同樣 ,當(dāng)旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)時，該合成磁場也隨之旋轉(zhuǎn)，這稱之為機(jī)械旋轉(zhuǎn)直流合成磁場。而且如果調(diào)節(jié)兩路直流電流 Mi 、 Ti 中的任何一路時，直流合成磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度也得到了調(diào)整。 如果用上述 3 種方法產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場完成相同 (磁極對數(shù)相同，磁感應(yīng)強(qiáng)度相同，轉(zhuǎn)速相同 )，則認(rèn)為這時的三相磁場 、 兩相磁場 、 旋轉(zhuǎn)直流磁場系統(tǒng)是等效的。因此，這 3種旋轉(zhuǎn)磁場之可以相互進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換。 通常，吧三相交流系統(tǒng)向 兩相交流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換稱為 Clarke 變換，或稱 3/2 變換；兩相系統(tǒng)向三相系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換稱為 Clarke 逆變換，或 2/3 變換；把兩相交流系統(tǒng)向旋轉(zhuǎn)的直流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換稱為 Park 變換，或稱交直變換；旋轉(zhuǎn)的直流系統(tǒng)向兩相交流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換稱為 Park 逆變換，或稱直 /交變換。 如上所述，一個三相交流的磁場系統(tǒng)和一個旋轉(zhuǎn)體上的直流磁場系統(tǒng)，通過兩相交流系統(tǒng)作為過渡，可以相互進(jìn)行等效變換。因此，如果將用于控制交流調(diào)速的給定信號變換換成類似于直流電動機(jī)磁場系統(tǒng)的控制信號，也就是說，假想由兩個互相垂直的直流繞組 同處于一個旋轉(zhuǎn)體上，兩個繞組中分別獨(dú)立地通入由給定信號分解而得得勵磁電流信號 Mi 和 Ti 等效的三相交流控制信號 Ai 、 Bi 、 Ci ，用它們?nèi)タ刂颇孀冸娐?。同樣，對于電動機(jī)在運(yùn)行過程中系統(tǒng)的三相交流數(shù)據(jù)，又可以等效變換成兩個相互垂直的直流信號，反饋到控制端，用來修正基本控制信號 Mi 、 Ti 。 在進(jìn)行控制時，可以和直流電動機(jī)一樣，使其中一個磁場電流 (例如 Mi )不變，而控制另一個磁場電流 (例如 Ti )信號，從而獲得和直流電動機(jī)類似的控制效果。 矢量控制的基本原理也可以用圖 56所示的摳圖來加以說明。給定信號分解成兩個相互垂直而且獨(dú)立控制的直流信號 Mi 、 Ti ，然后通過直 /交變換將 Mi 、 Ti 變換成兩相交流信號 ?i 、 ?i ，又經(jīng) 2/3 變換，得到三相交流的控制信號 Ai 、 Bi 、 Ci ，去控制逆變電路。 控 制 器 直 / 交 變 換 2 / 3 變 換 逆 變 電 路傳 感 器3 / 2 變 換交 / 直 變 換MiT ?i Ci? BAAiBCMiT ?i?給 定 信 號 圖 26 矢量控制原理框圖 電流反饋信號經(jīng) 3/2 變換和交 /直變換，傳送到控制端，對直流控制信號的轉(zhuǎn)矩分量 Ti 進(jìn)行修正，從而模擬出類似于直流電動機(jī)的工作狀況。 矢量控制的坐標(biāo)變換 感應(yīng)電動機(jī)內(nèi)的磁場由定 子 、 轉(zhuǎn)子三相繞組的磁勢 (或磁動勢 )產(chǎn)生的 ,根據(jù)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場理論可知，向?qū)ΨQ的三相繞組通以三相正弦電流時，就會產(chǎn)生合成磁勢，它是一個在空間以 ω 速度旋轉(zhuǎn)的空間矢量。如果用磁勢或電流空間矢量來描述前面所述的三相磁場 、 兩相磁場和旋轉(zhuǎn)直流磁場，并對它們進(jìn)行坐標(biāo)變換，就稱為矢量坐標(biāo)變換。 矢量坐標(biāo)變換必須要遵循以下原則： ① 應(yīng)遵循變換前后電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場等效； ② 應(yīng)遵循變換前后兩個系統(tǒng)的電動機(jī)功 率不變； 將原來坐標(biāo)下的電壓 u和電流 i變換為新坐標(biāo)下的電壓 u和電流 i,希望它們有相同的變換矩陣 C，因此有 : 39。Cuu? 39。Cii? 為了能實(shí)現(xiàn)逆變換，變換矩陣 C 必須存在逆陣 1?C ，因此變換矩陣 C 必須是方陣，而且其行列式的值必須不等于零。 因?yàn)?u = Z i,Z 是阻抗矩陣，所以 ； 39。39。39。39。 11 iZZ C iCuCu ??? ?? 式中， Z39。是變換后的阻抗矩陣，它為 : ZCCZ 139。 ?? 為了滿足功率不變的原則，在一個坐標(biāo)下的電功率 Ti = 11iu + 22iu + ? + nniu 應(yīng)該等于另一個坐標(biāo)下的電功率 39。Ti 39。u = 39。39。11iu + 39。39。22iu + ? 39。39。nniu ，即 :