把異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換等效成直流電動(dòng)機(jī)

2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)1T型等效電路溫故而知新2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)2矢量控制技術(shù)由于建立動(dòng)態(tài)模型過(guò)程中需用到坐標(biāo)變換，而進(jìn)行坐標(biāo)變換的是代表磁動(dòng)勢(shì)的電流空間矢量，所以這種控制方式被稱(chēng)為矢量控制2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)3主要內(nèi)容異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換T型等效電路通用等效電路不對(duì)稱(chēng)T型等效電路坐標(biāo)變換矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型基本方程

d-q軸理論狀態(tài)方程式電磁轉(zhuǎn)矩與運(yùn)動(dòng)方程式重點(diǎn)內(nèi)容2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)4主要內(nèi)容矢量控制思路矢量控制類(lèi)型直接型矢量控制間接型矢量控制矢量控制系統(tǒng)電流源驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)電壓源驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)帶有直流控制環(huán)的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)5一、異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換Ｔ型等效電路通用等效電路不對(duì)稱(chēng)Ｔ型等效電路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)6１．Ｔ型等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換T型等效電路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)7１．Ｔ型等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)8１．Ｔ型等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)9１．Ｔ型等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)10２．通用等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)11２．通用等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換通用等效電路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)12２．通用等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)13結(jié)論：由于a為任意常數(shù)，異步電動(dòng)機(jī)等效電路從理論上講不是唯一的，它可以有無(wú)數(shù)個(gè)由于定子側(cè)輸入阻抗不變，定子電流與a無(wú)關(guān)。即使a發(fā)生變化，定子電流也不會(huì)發(fā)生變化轉(zhuǎn)子電流與a有關(guān)，勵(lì)磁電流也隨a值變化而變動(dòng)２．通用等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)14T型等效電路的折算原則是保持電動(dòng)機(jī)氣隙磁通恒定事實(shí)上可以考慮其它的折算原則：

保持轉(zhuǎn)子總磁通恒定（T-I型等效電路）辦法：在通用等效電路中選擇合適的a值２．通用等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)15３．不對(duì)稱(chēng)Ｔ型等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換通用等效電路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)16３．不對(duì)稱(chēng)Ｔ型等效電路異步電動(dòng)機(jī)等效電路變換矢量控制等效電路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)17二、坐標(biāo)變換2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)18二、坐標(biāo)變換2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)19三相繞組與二相繞組的軸線(xiàn)設(shè)定目標(biāo)：將三相靜止坐標(biāo)變換成二相靜止坐標(biāo)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)202024/5/30第七章矢量控制技術(shù)21目標(biāo)：二相靜止坐標(biāo)變換成二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)二相靜止坐標(biāo)與旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的設(shè)定2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)222024/5/30第七章矢量控制技術(shù)23目標(biāo)：將三相靜止坐標(biāo)變換成二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)242024/5/30第七章矢量控制技術(shù)252024/5/30第七章矢量控制技術(shù)262024/5/30第七章矢量控制技術(shù)27二、坐標(biāo)變換坐標(biāo)系特點(diǎn)：靜止坐標(biāo)系中的各物理量是交流量旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的各物理量是直流量靜止坐標(biāo)系包括二相靜止坐標(biāo)系和三相靜止坐標(biāo)系各物理量包括電壓、電流和磁鏈動(dòng)畫(huà)演示2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)28三、矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型二軸理論異步電動(dòng)機(jī)的基本方程異步電動(dòng)機(jī)的二軸理論異步電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)方程異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程式2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)29在研究異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型時(shí)，作如下假設(shè)：三相繞組對(duì)稱(chēng)，所產(chǎn)生的磁勢(shì)沿氣隙圓周正弦分布；忽略磁飽和，繞組自感和互感都是線(xiàn)性的；忽略鐵損耗的影響；無(wú)論是繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)還是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，均將其等效為繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子，并且折算到定子側(cè)，折算前后的每相匝數(shù)相等矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)30二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型１．基本方程三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型定子相電壓瞬時(shí)值定子電阻定子漏感定子等效電感定子自感2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)31１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)32１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)33１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)34１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)35１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)36１．基本方程二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)37２．d-q軸理論異步電動(dòng)機(jī)坐標(biāo)設(shè)定二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)38２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)39２．d-q軸理論上述工作的目的就要實(shí)現(xiàn)了！將前面得到的磁鏈方程式和電壓方程式利用定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)3φ/d-q變換公式進(jìn)行坐標(biāo)變換，可以得到異步電動(dòng)機(jī)在d-q坐標(biāo)系中的電壓方程式二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)40２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)41２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)42２．d-q軸理論矢量控制中最基本、最重要的公式Backto電壓源驅(qū)動(dòng)矢量控制系統(tǒng)二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)43２．d-q軸理論二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)44３．狀態(tài)方程二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)45從磁場(chǎng)能量入手求取電磁轉(zhuǎn)矩４．電磁轉(zhuǎn)矩與運(yùn)動(dòng)方程式二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)46４．電磁轉(zhuǎn)矩與運(yùn)動(dòng)方程式二軸理論矢量控制異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)47四、矢量控制思路電磁轉(zhuǎn)矩等效原理圖動(dòng)畫(huà)演示2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)48四、矢量控制思路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)49等效交流電機(jī)繞組和直流電機(jī)繞組物理模型四、矢量控制思路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)50異步電動(dòng)機(jī)坐標(biāo)變換結(jié)構(gòu)圖等效直流電機(jī)模型交流電動(dòng)機(jī)四、矢量控制思路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)51四、矢量控制思路等效直流電機(jī)模型電流控制變頻器交流電動(dòng)機(jī)控制器＋給定信號(hào)～－反饋信號(hào)矢量控制的基本思想：把異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換等效成直流電動(dòng)機(jī)，然后仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的反變換，就可以控制交流電動(dòng)機(jī)了2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)52五、矢量控制類(lèi)型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)53１．直接型矢量控制定子回路轉(zhuǎn)子回路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)54１．直接型矢量控制2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)55１．直接型矢量控制2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)56１．直接型矢量控制直接型矢量控制的基本結(jié)構(gòu)IM磁鏈仿真器電流模型2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)57２．間接型矢量控制定子回路轉(zhuǎn)子回路2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)58２．間接型矢量控制2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)59２．間接型矢量控制IM磁鏈仿真器電流模型＋＋＋間接型矢量控制的基本結(jié)構(gòu)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)60勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)矩電流２．間接型矢量控制變頻調(diào)速2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)61２．間接型矢量控制××－＋異步電動(dòng)機(jī)矢量變換與解耦數(shù)學(xué)模型圖2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)62六、矢量控制系統(tǒng)矢量控制系統(tǒng)(VectorControlSystem)：由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是代表磁動(dòng)勢(shì)的電流空間矢量，所以這樣通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)(VCS)。下面所要討論的均是基于轉(zhuǎn)差頻率型矢量控制方案構(gòu)成的矢量控制系統(tǒng)，可稱(chēng)為轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)63六、矢量控制系統(tǒng)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)641.電流源驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)IMPWM電壓型逆變器PG＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－PI＋＋－2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)651.電流源驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)66２.電壓源驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)非干涉控制：定子電壓指令值可以直接由定子電流指令值計(jì)算得到d-q軸系下的電壓方程式2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)67２.電壓源驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)IMPWM電壓型逆變器PG＋＋＋PI＋＋－非干涉控制2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)683.帶有直流控制環(huán)的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)PWM電壓型逆變器PG＋＋＋PI＋＋－＋＋PIPI＋－＋－IM采用直流電流控制環(huán)的矢量控制系統(tǒng)的高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能優(yōu)于采用交流電流控制環(huán)的矢量控制系統(tǒng)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)69六、矢量控制系統(tǒng)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)70六、矢量控制系統(tǒng)2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)71本章小結(jié)T型等效電路并不是異步電動(dòng)機(jī)唯一的等效電路，從定子側(cè)看輸入阻抗相同的等效電路在理論上應(yīng)該有無(wú)數(shù)個(gè)，從中可以選用對(duì)控制有用的等效電路坐標(biāo)變換是矢量運(yùn)算的基礎(chǔ)，坐標(biāo)變換分靜止坐標(biāo)變換和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，前者是簡(jiǎn)單的數(shù)值變換，后者是復(fù)雜的三角變換異步電動(dòng)機(jī)在靜止坐標(biāo)系的物理量是交流量，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的物理量是直流量2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)72本章小結(jié)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)在二相靜止坐標(biāo)系和二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型，可以分為直接型矢量控制和間接型矢量控制根據(jù)計(jì)算機(jī)控制器輸出的指令值是電流還是電壓可分為電流源驅(qū)動(dòng)矢量控制系統(tǒng)和電壓源驅(qū)動(dòng)矢量控制系統(tǒng)根據(jù)電流控制環(huán)的性質(zhì)，可分為交流電流控制環(huán)矢量控制系統(tǒng)和直流電流控制環(huán)矢量控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)后者優(yōu)越前者2024/5/30第七章矢量控制技術(shù)73本章重