《异步电动机矢量控制（一）.》.pdf

ELECTRICDRIVE 2010 Vo1．40 No．9 电气传动 2010年 第 4O卷 第 9期 { — }技术讲座2 —； ．．： 1卢 1— ，；．— 1 异步 电动机矢量控制 (一) 马小 亮 (天津 电气传动设计研 究所，天津 300180) VectorControlofInductionMotor(1) M A Xiao—liang (TianjinDesign＆ResearchInst．ofElectricalDrives，Tianjin300180，China) 序言 ：交流 电动机的矢量控制变频调速 系统已在高性能变频调速领域得到最广泛应 用，特 别是异步 电动机 系统用得最多，但它的原理较难理解 。介绍这原理的书籍和论文 已很 多[1-2[， 它们大 多用抽象的矩阵公式描述 电动机 ，从 它出发推导控制策略，理论严谨 ，但较抽 象，工程技 术人 员难看懂 。本讲座的不同之处首先是从物理概念 出发 来阐述 矢量控 制原理 ，无抽 象的矩 阵推导 。 矢量控制 的实现依赖 电动机模型，通过 它求 出磁链矢量 的幅值及瞬 时空间位置 角 。。 电动机模型很 多，主要有 电压模型 VM 和 电流模 型 IM 两大类 。VM 在 中高速段精度 高，但在 低速段不能正常工作 ，IM 受转子 电阻变化影响大，中高速段的精度不如 VM，但在低速段能正 常工作 ，它们的原理在很 多教课 书和文献 中都有介绍_l1]，但在 实际系统 中如何使 用它们很 少 提及 。本讲座的另一个不同之处是介绍它们应用 中的 问题 。1)实际系统大 多两种模型都使 用 ，高速段按 VM 工作 ，低速段按 IM 工作 ，本文介绍两种模型的合成方法 ，如何平稳过渡 。2) 电压模型 vM 基于定子电势的积分，存在积分漂移问题 。在数字控制系统 中，离散和采样给 运算带来 1～1．5个采样周期的滞后 ，若采样周期一0．4ms及 变频器最 高输 出频率为 5OHZ， 这个滞后将给磁链空间位置 角 的计算 结果造成 7．2。～10．8。误差 ，不能接 受。本讲座介绍 如何解决上述两个问题 。3)转差频率 IM 是最常用的电流模型 ，它的输入可以是定子 电流实 际值或给定值 ，后者简单且信号干净 ，但存在积分逸走 问题 ，本讲座将讨论什么时候可以用它， 什么时候不能用。4)在无转速传感器 矢量控制 系统 中通过 比较 两种模 型来产 生转速观测信 号，本讲座将介绍在低速段 VM 不能正常工作 、转速无法观测时，调速 系统如何工作。 本讲座共分 4讲 ：交流 电动机的矢量控制概念 ；异步 电动机 矢量控制的实现 ；异步 电动机 的电压模型和 电流模型；电压模型和 电流模 型的合成及无转速传感器系统 。 式中：GD 为电动机和负载机械的飞轮转矩 ； 为 第 1讲 交流 电动机的矢量控制概念 转速 ；T ，T 分别 为 电动机 的 电磁 转矩 和负载 1．1 电动机 统一控制理论 [3 转矩 。 1．1．1 调速的关键是转矩控制 从式 (1)看出，除转矩外再没有其它控制量可 电动机调速的任务是控制转速 ，转速通过转 影响转速 。如果能快速准确地控制转矩 ，使转矩 矩来改变 ，从转矩到转速是一个积分环节——机 实际值 丁 对其给定值 T 的响应如 图 1a所示 ， 械惯量 ，即 是一个小惯性 ，其传递 函数为 1