第三章交流電機(jī)矢量控制-轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)和各種矢量控制方法課件

第四章

交流電機(jī)矢量控制-1轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)和各種矢量控制方法王軍 教授西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院三、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)1.

工作原理:異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩為22.轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成3轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成4在轉(zhuǎn)差頻率控制中，采用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，電機(jī)給定角速度ω*信號(hào)與來(lái)自電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的

反饋信號(hào)ω進(jìn)行比較，其誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器并限幅以后得到給定轉(zhuǎn)差角頻率。限幅的主要目的在于限制轉(zhuǎn)差角頻率，使電機(jī)可以用逆變器容許電流下的最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行加減速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以不需要設(shè)定加減速時(shí)間，就能以最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)加減速。系統(tǒng)的其他部分與V/F控制方式相同。轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)56轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)工作原理:異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩為7轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成8在轉(zhuǎn)差頻率控制中，采用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，電

機(jī)給定角速度ω*信號(hào)與來(lái)自電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的反饋信號(hào)ω進(jìn)行比較，其誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器并限幅以后得到給定轉(zhuǎn)差角頻率。限幅的主要目的在于限制轉(zhuǎn)差角頻率，使電機(jī)可以用逆變器容許電流下的最大轉(zhuǎn)矩進(jìn)行加減速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以不需要設(shè)定加減速時(shí)間，就能以最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)加減速。系統(tǒng)的其他部分與V/F控制方式相同。轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成9轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)1011轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)12轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)13轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):

采用轉(zhuǎn)速閉環(huán);

在動(dòng)態(tài)過(guò)程中,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和,系統(tǒng)快速性好.缺點(diǎn):控制規(guī)律是從電機(jī)穩(wěn)態(tài)電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā).不能保持磁通恒定.四、幾種典型異步電機(jī)矢量控制原理14異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型一般對(duì)三相異步電機(jī)做如下理想化假定：電機(jī)定轉(zhuǎn)子三相繞組完全對(duì)稱(chēng)；定轉(zhuǎn)子表面光滑，無(wú)齒槽效應(yīng)，定轉(zhuǎn)子每相氣隙磁動(dòng)勢(shì)在空間呈正弦分布；磁飽和、渦流及鐵心損耗忽略不計(jì)。對(duì)異步電機(jī)而言u(píng)rd

=

urq

=

01516(一)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制原理17d-q坐標(biāo)系放在同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)上，把靜止坐標(biāo)系中的各交流量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)

系中的直流量，并使d軸與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向重合，此時(shí)轉(zhuǎn)子磁通q軸分量為零（Ψrq

=

0

）。此時(shí)，派克方程可表示為18整理后可得其中,

漏磁系數(shù)

σ=1-Lm2/(LSLr)

；τr=Lr

/

Rr

為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)。式（4-9）～式（4-11）為轉(zhuǎn)子磁通定向矢量控制方程式。19轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的矢量控制原理20矢量控制技術(shù)最初就是基于這一原理實(shí)現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)

矩的解耦控制的，目前大多數(shù)矢量控制系統(tǒng)仍采用

此方法。這種帶有轉(zhuǎn)子磁通反饋的矢量控制系統(tǒng)，

也稱(chēng)為直接轉(zhuǎn)子磁通定向矢量控制，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)

達(dá)到了完全的解耦控制，缺點(diǎn)是磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)

中轉(zhuǎn)子磁通的檢測(cè)精度受轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)的影響較大，在某種程度上影響了系統(tǒng)的性能。21(二)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制原理22轉(zhuǎn)差頻率矢量控制（即間接磁場(chǎng)定向的矢量控制系統(tǒng)），采用磁鏈開(kāi)環(huán)控制方式，由于不需

要檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈，因而檢測(cè)方式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。如果在控制過(guò)程中,只要能使電機(jī)定子轉(zhuǎn)子或氣隙磁場(chǎng)中有一個(gè)始終保持不變,電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就和穩(wěn)態(tài)工作時(shí)一樣,主要由轉(zhuǎn)差頻率決定?；究刂品椒?給定希望的 后通過(guò)式子 可以算出d軸電流，因此也稱(chēng)定子電流的d軸分量為勵(lì)磁分量，定子電流的q軸分量為轉(zhuǎn)矩分量．由派克方程，當(dāng)恒定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和電流的q軸分量或轉(zhuǎn)差成正比，沒(méi)有最大值限制，通過(guò)控制定子電流的q軸分量即可控制電磁轉(zhuǎn)矩。23控制原理算法為：Is和θs

的計(jì)算2425特點(diǎn):26轉(zhuǎn)差頻率矢量控制方法應(yīng)該比較適合低速運(yùn)行的系統(tǒng)。當(dāng)然，在實(shí)際中這種方

法廣泛運(yùn)用于許多接近零速運(yùn)行的系統(tǒng)中。缺點(diǎn):對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)比較敏感.

27通常，轉(zhuǎn)子磁通的檢測(cè)精度受電機(jī)

參數(shù)影響較大；氣隙磁通雖可利用磁通

傳感線圈或霍爾元件直接測(cè)量，精度較

高，但一般情況下，不希望附加這些檢

測(cè)元件，而是希望通過(guò)機(jī)端檢測(cè)的電壓、電流量計(jì)算出所需磁通，同時(shí)降低轉(zhuǎn)子

參數(shù)對(duì)檢測(cè)精度的影響。由此基于定子

磁場(chǎng)定向的矢量控制方法應(yīng)運(yùn)而生。(三)

定子磁場(chǎng)定向的矢量控制這種控制方法是將參考坐標(biāo)的d軸放在定子磁場(chǎng)

方向上，此時(shí)，定子磁通的q軸分量為零，也就是

這樣只要將上面的條件代入到前面的電機(jī)模型中，就可得到定子磁場(chǎng)定向的矢量控制方程。2829從上面的式子（4-29）可以看出，如果

保持定子磁通 恒定，轉(zhuǎn)矩直接和q軸的電流成正比，因此，瞬時(shí)的轉(zhuǎn)矩控制是可以實(shí)現(xiàn)的。此外，定子磁場(chǎng)定向控制使定子方程大大簡(jiǎn)化，從而有利于定子磁通觀測(cè)器的實(shí)現(xiàn)。然而在利用式（4-27）和式（4-28）進(jìn)行磁通控制時(shí)，不論采用直接磁通閉環(huán)控制，還是采用間接磁通閉環(huán)控制，均需消除 耦合項(xiàng)的影響。因此，同氣隙磁場(chǎng)定向一樣，往

往需要設(shè)計(jì)一個(gè)解耦器，使

與解耦3031特點(diǎn):32在一般調(diào)速范圍內(nèi),利用定子方程作磁通觀測(cè)器,易實(shí)現(xiàn).而且不包括對(duì)溫度變化非常

敏感的轉(zhuǎn)子參數(shù).在低速時(shí),由于定子電阻壓降占端電壓的大部分,致使反電動(dòng)勢(shì)測(cè)量誤差較大,定子磁通

觀測(cè)不準(zhǔn),影響性能.(四)定子電壓定向矢量控制33磁場(chǎng)定向矢量控制的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)達(dá)到了完全的解耦控制，但缺點(diǎn)是系統(tǒng)的控制需采用旋轉(zhuǎn)矢量變換，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。如果使參考坐標(biāo)系的d軸和定子電壓的方向重合則可以得到在過(guò)度過(guò)程中也保持磁通恒定的動(dòng)態(tài)控制規(guī)律，既電壓定向矢量控制。電壓方程:34(4-30-4)(4-30-1)(4-30-2)(4-30-3)要求:

當(dāng)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)負(fù)載變化時(shí),

磁通始

終保持恒定.

即對(duì)上式微分:由(4-30-1)和(4-30-2),得35由(4-30-3)和(4-30-4),得最后可得式中36Is為定為給定的定子磁通有效值;子相電流有效值.37磁場(chǎng)定向矢量控制的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)達(dá)到了完全的解耦控制，但缺點(diǎn)是系統(tǒng)的控制需采用旋轉(zhuǎn)矢量變換，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。如果使參考坐標(biāo)系的d軸和定子電壓的方向重合則可以得到在過(guò)度過(guò)程中也保持磁通恒定的動(dòng)態(tài)控制規(guī)律，既電壓定向矢量控制。

定子磁通觀測(cè)器的實(shí)現(xiàn)是頗為關(guān)鍵的，在實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于定子電壓電流均為可測(cè)量