电机矢量控制介绍.ppt

电机控制基本原理 异步电机静态等效电路 异步电机物理模型与电压方程 旋转磁动势产生 异步电机坐标变换与电压方程 异步电机 两相正交静止坐标系数学模型 异步电机在M-T(转子磁链定向)坐标系上的数学模型 矢量控制系统原理结构图 * * 电机数学模型及坐标变换 编程中的注意事项 矢量控制基本模块介绍 f0：同步频率(输出频率) fs=f0×S fs：滑差频率 Pe=I22×R2/S Pe: 电磁功率 Po=I22×R2（1-S)/S=(1-S)Pe Po: 输出功率 f0=fs+fr fr：转子频率(转速) 输入变量是电压幅值和频率（即电压矢量的相位）输出变量是转速和磁链 1、忽略铁芯损耗 2、忽略磁路饱和,电感为常数 多变量非线性方程求解复杂，简化的方法是坐标变化，经过三相到两相的坐标变换，变量减少，电感为常数，数学模型简化 A B C A B C iA iB ic C F ω1 三相绕组模型 等效的两相绕组模型 ?1 F M T im it M T 旋转两相直流绕组模型 ? ? i? ? i? F ω1 ? ? 坐标系：两相静止坐标系 ABC坐标系：三相静止坐标系 m-t坐标系：两相同步旋转坐标系 空间矢量由三相静止坐标系变换到两相坐标系采用park变换 异步电机在d-q坐标系上的动态等效电路 坐标系： M-T坐标系： 电压方程： 电磁转矩及运动方程： 磁链方程： 电动 当两相同步旋转坐标系按转子磁链定向时，将转子磁链定向为d轴上，此时d-q坐标系即为m-t坐标系，此时： 即， 代入电压方程中，得到： 异步电机 两相正交旋转坐标系数学模型 电压方程： 磁链方程、转矩方程和运动方程均不变。 定子侧稳态电压方程： 由转子侧电压方程可得： 其中，T2是转子时间常数 M T u um ut 转矩方程： 1、定子电流的励磁分量与转矩分量是解耦的。 2、?r 的变化要受到励磁惯性的阻挠，这和直流电机励磁绕组的惯性作用是一致的。 电流 控制 变频器 ÷ 异步电机 矢量 变换模型 1、在异步电机矢量变换模型中的转子磁链 ?r 和它的定向相位角 ? 都是实际存在的，而用于控制器的这两个量都难以直接检测，只能采用观测值或模型计算值。因此，两个子系统完全解耦只有在下述三个假定条件下才能成立： ①转子磁链的计算值 等于其实际值?r ； ②转子磁场定向角的计算值 等于其实际值? ； ③忽略电流控制变频器的滞后作用。 2、转子磁链反馈信号是由磁链模型获得的，其幅值和相位都受到电机参数 Tr 和 Lm 变化的影响，造成控制的不准确性。不如采用磁链开环控制，系统反而会简单一些。在这种情况下，常利用矢量控制方程中的转差公式，构成转差型的矢量控制系统，又称间接矢量控制系统。 ASR ACR abc mt SVPWM IM 负载 ia,ib 磁链模型 矢量控制原理 其中，比较重要的模块是磁链、转速模型，电流解耦控制，PWM的死区补偿和过调制，弱磁控制等 VF控制方式 （1）调速中希望保持电机中每极磁通量 ?m 为额定值不变。如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。 （2） 控制好 Eg 和 f1 ，便可达到控制磁通 的目的。 （3）绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，定子相电压 Us 代替 Eg， 这就是恒压频比的控制方式 （4）在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。 （5）在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。 保持转子磁通恒定 ，则 机械特性曲线为一直线，这正是矢量控制所遵循的原则 Te s 不同控制方式下的电机机械特性曲线 VF控制方式 1、为提高性能，加入矢量概念，选取适当的坐标系分解出近似的磁通电流和转矩电流，进行电压、滑差频率前馈控制 2、自动滑差补偿 根据负载电流的大小，补偿由于负载变化引起的滑差变化 3、自动转矩提升 补偿定子阻抗压降I1R1，防止气隙磁通减小，造成转矩特性下垂和最大转矩下降 im it u* Rsit Rsim us is 4、空载或轻载振荡抑制 V/F属于开环控制，存在固有的不稳定性，在空、轻载运行