【正文】 并以同步轉(zhuǎn)速 ω 1繞 ABCA相序旋轉(zhuǎn)。 如果能將交流電機(jī)的物理模型等效成直流電機(jī)的形式，然后再利用直流電機(jī)的控制方式，則可以使問(wèn)題簡(jiǎn)化。 矢量的坐標(biāo)變換主要依據(jù)以下原則 : (1)變換矩陣的確定原則 在確定電機(jī)的電流變換矩陣時(shí)，應(yīng)該使得變換前后的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效，即變換前后的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同。 坐標(biāo)變換 感應(yīng)電機(jī)的控制可以通過(guò)矢量的坐標(biāo)變換來(lái)把感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制等效為直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。這樣控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩電流，就能達(dá)到控制 T 的目的。其中dsqs為定子兩相正交繞組的軸 線位置， drqr為轉(zhuǎn)子兩相正交繞組的軸線位置， 而且 dsqs和 drqr在空間的位置始終是重合的。 第 8頁(yè) （共 25 頁(yè)） 在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) dq0 下，可以得到電機(jī)的狀態(tài)方程及轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。 根據(jù)磁場(chǎng)完全等效的原則，將靜止坐標(biāo)系下的三相定子電流 1i (iA 、 iB 、 iC )轉(zhuǎn)化為與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩相正交電流 id 和 iq (abc 到 dq0 坐標(biāo)系變換 )。因此，矢量控制的最終結(jié)果就是實(shí)現(xiàn)了定子電流分解，分別進(jìn)行轉(zhuǎn)子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的解藕控制。從內(nèi)部看，他是一臺(tái)經(jīng)過(guò)變換的直流電機(jī)。此時(shí)如果觀察者站在鐵心上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn)，他所看到得就是一臺(tái)直流電機(jī)，原交流電機(jī)的總磁通就是等效直流電機(jī)的磁通， im 相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁電流， it 相當(dāng)于直流機(jī)的電樞電流。首先是把三相靜止坐標(biāo)系下得定子交流電流 ia 、ib 、 ic ， 通過(guò)三相 / 兩相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)下得交流電流 ia 、 ib 。再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)變換，就可以控制交流機(jī)了。鑒于電機(jī)參數(shù)有可能發(fā)生變化，會(huì)影響變頻器 。采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而 且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無(wú)速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。因?yàn)檫M(jìn)行變換的是電流的空間矢量，所以這樣通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫做矢量變換控制系統(tǒng)，或稱矢量控制系統(tǒng)。矢量控制是一種高性能異步電動(dòng)機(jī)控制方式，它基于電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)坐標(biāo)變換，將交流電機(jī)模型轉(zhuǎn)換成直流電機(jī)模型。許多專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行過(guò)潛心的研究，終于獲得了成功。 第 6頁(yè) （共 25 頁(yè)） 矢量控制 思想及 原理 (1)矢量控制技術(shù)思 想 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，通過(guò)坐標(biāo)變換，可以使之降階并化簡(jiǎn)，但并沒(méi)有改變其非線性、多變量的本質(zhì)。為了解除定、轉(zhuǎn)子間這種非線性的耦合關(guān)系需要對(duì) 其進(jìn)行變量的坐標(biāo)變換，建立 ??? 參考坐標(biāo)系內(nèi)的異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型。 mme WT ???? ci? =rmn Wp ??? ci? 式中； np — 電機(jī)磁極對(duì)數(shù) r? — 電角位移， r? = np m? eT = ?????? ????? rrsrTssrrsTrn iMiiMip ??21 (14） = np rsM ? ?? rcCbBaA iiiiii ?s in?? +? ? ? ?oraCcBbA iiiiii 1 2 0s in ??? ? +? ? ? ??orbCaBcA iiiiii 120s in ??? ? 式中； rsM — 定轉(zhuǎn)子間的互感。 ?、轉(zhuǎn)矩方程 由能量守恒定律推出電磁轉(zhuǎn)矩。 ?、磁鏈方程 異步電動(dòng)機(jī)每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)?它本身的自感磁鏈和其他繞組對(duì)它的互感磁鏈之和，因此，六個(gè)繞組的磁鏈可用下式表示： ????????????????????caBA??????bC =????????????????????ccbcacCcBcAbcbbabCbBbAacaba aCaBaACcCbCaCCBCABcBbBaBCBBAacAbAaACABA L M M　M MM M L M M MM M M L M MM M M M L MM M M M M LM M M M M M L????????????????????cbaCBAiiiiii （ 11） 式中； AL 、 BL 、 CL 、 a L 、 bL 、 cL — 各相定子、轉(zhuǎn)子自感，電磁矩陣中其他元素為定子、轉(zhuǎn)子或定轉(zhuǎn)子間的互感。 5)以仿真結(jié)果為基礎(chǔ)， 對(duì) 磁鏈閉環(huán)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合 進(jìn)行了分析 。 3)在完成 了 任務(wù) 2的基礎(chǔ)上 ，構(gòu)建 了 磁鏈閉環(huán)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的整體仿真模型。 下面對(duì)完成的工作進(jìn)行概要總結(jié)： 第 4頁(yè) （共 25 頁(yè)） 1)較為詳細(xì)地分析 了 異步電機(jī)磁鏈閉環(huán)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的基本原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。交流調(diào)速系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率大、堅(jiān)固耐用、慣量 小、矢 量控制等高性能控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、效率高、性價(jià)比高、高精度等特點(diǎn)，是目前運(yùn)用最廣泛且最有發(fā)展前途的調(diào)速方式，在傳動(dòng)系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位，在工業(yè)應(yīng)用中遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用，并有逐漸取代直流調(diào)速的趨勢(shì)。隨著 80 年代 IGBT 等新型電力電子器件及微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，及以矢量控制為代表的各種交流調(diào)速理論的發(fā)展，也伴隨著 人們?yōu)榻鉀Q能源危機(jī)的巨大科研投入，交流調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展。應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，可以有效地節(jié)電量，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于這些問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的理 論分析和實(shí)驗(yàn)研究，取得了很多實(shí)際成果。但是經(jīng)典的矢量控制方法還存在不少問(wèn)題，矢量控制要以轉(zhuǎn)子磁鏈定向，然后才能把定子電流分解為磁化分量和轉(zhuǎn)矩分量，使兩者互相垂直，處于解耦狀態(tài)，因此要先求得轉(zhuǎn)子磁鏈的相位，才能進(jìn)行坐標(biāo)變換。 1971 年德國(guó)西門子公司的 F. Blaschke 等提出的“感應(yīng)電機(jī)磁場(chǎng)定向的控制原理”和美國(guó)的 P. C. Custman 和 A. A. Clark 申請(qǐng)的專利“感應(yīng)電機(jī)定子電壓的坐標(biāo)變換控制”，經(jīng)過(guò)不斷的實(shí)踐和改進(jìn)，形成了現(xiàn)已得到普遍應(yīng)用的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)。因此如何在動(dòng)態(tài)過(guò)程中控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，是影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵，人們經(jīng)過(guò)深入的研究，提出了對(duì)異步電機(jī)更有效的控制策略。但是轉(zhuǎn)差頻率控制是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，因此保持磁通恒定也只在穩(wěn)態(tài)情況下成立。 轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以滿足一般的平滑調(diào)速要求，但是靜、動(dòng)態(tài)性能都有限，要提高靜、動(dòng)態(tài)性能，首先要用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制。同時(shí)交流電機(jī)采用變頻起動(dòng)更能顯著改善交流電機(jī) 的起動(dòng)性能，大幅度降低電機(jī)的起動(dòng)電流，增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以變頻調(diào)速是一種理想的交流電機(jī)調(diào)速方法。交流電機(jī)采用變頻調(diào)速不但能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，而且根據(jù)負(fù)載的特性不同，通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)電壓和頻率之間的關(guān)系，可使電機(jī)始終運(yùn)行在高效區(qū)，并保證良好的動(dòng)態(tài)特性。另一類調(diào)速方法是調(diào)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速度，這是一種高效的調(diào)速方法，可以通過(guò)變極或變頻來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中變極調(diào)速只能是有極調(diào)速，應(yīng)用場(chǎng)合有限。 交流電機(jī)特別是鼠籠異步電機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、價(jià)格低廉，而且堅(jiān)固耐用、慣量小、運(yùn)行可靠、很少需要維護(hù)、可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。過(guò)去由于直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速方法簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩易于控制，比較容易 第 2頁(yè) （共 25 頁(yè)） 得到良好的動(dòng)態(tài)特性，因此高性能的傳動(dòng)系統(tǒng)都采用直流電機(jī)，直流調(diào)速系統(tǒng)在變速傳動(dòng)領(lǐng)域中占統(tǒng)治地位。 通過(guò)帶滯環(huán)脈沖發(fā)生器模塊為逆變器提供一個(gè)六路 PWM 信號(hào)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)矢量的控制， 基于仿真結(jié)果 ， 分析了 矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。 利用空 間矢量的分析方法，在定子坐標(biāo)系下計(jì)算和控制交流 電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。 I 目錄 中文摘要 ................................................................. 1 ABSTRACT ............................................................... 1 一、緒論 ................................................................. 1 引言 ................................................................. 1 交流調(diào)速技術(shù)概況 ..................................................... 3 完成的主要工作 ....................................................... 3 二、矢量控制系統(tǒng)的 介紹 ................................................... 4 異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型概述 ............................................. 4 矢量控制思想及原理 ................................................... 6 (1)矢量控制技術(shù)思想 ...............................................