直接转矩控制的理论基础..doc

第二章 直接转矩控制的理论基础 § 2.1 磁通直接调节原理——瞬时空间矢量理论 运行中的异步电机，无论是稳态或暂态的任何瞬间，定子和转子三相电流、电势和磁链的瞬时值都可以由一个在空间旋转的电流矢量、电势矢量和磁链矢量在定子和转子三相绕组轴线上投影而求得。这些电流、电势和磁链空间矢量可以分别代替三相电流，电势和磁链瞬时值所产生的总效应。如果将与交流电机轴垂直的剖面视为一复平面，且复平面坐标实轴与a相定子绕组轴线相垂直，那么该坐标系即为静止的正交参考坐标系，也称为α、β、0轴系(如图2-1所示）。 图2-1 α、β、0轴系空间位置关系示意图 对于交流电动机A，B，C三相的任一物理量X(包括定子或转子电压，电流或磁链等），表示三相合成作用的一般化瞬时空间矢量定义为[14]： 这实际上是一种静止三相/静止二相之间的坐标变换，考虑到交流电机在不同的坐标系中功率不变的原则，上述定义演变为： 一台电压型逆变器（见图2-2），由三组、六个开关()组成。三组开关共有八种可能的开关组合，将其表示为Sabc。可以规定：与“+”极接通时，该相的开关状态为“1”；反之，与“—”极接通时，开关状态为“0”态。 图2-2 电压型理想逆变器 由此，可得逆变器在各个开关状态下对应的相电压空间矢量（图2-3），在图中，按逆时针方向，从A相开始，有六个空间电压矢量Us1—Us6，每两个之间相隔60°，六个矢量的顶点构成正六边形的六个顶点。以Us1=100为例，它代表Sa=1，Sb=Sc=0;两个零矢量记为Us0(000)和Us7(111)。 图2-3 电压空间矢量图 定子磁链的U_I模型公式为,若忽略定子电阻的影响，公式可简化为，两边同时求导得，这说明定子磁链的运动方向与此时的电压空间矢量的运动方向相同。若电压空间矢量为零矢量，则定子磁链处于空间静止状态。因此，通过对工作矢量的适当选取，可以使得磁通在空间上形成一个准圆形轨迹，这样就达到了保持磁通幅值为恒值的目的。 § 2.2 转矩直接调节基础——磁场加速方法 2.2.1 引言 磁场加速方法(Field Accelerating Method，简称FAM)[15]是八十年代初由日本学者S.Yamamura提出的。其核心思想在于：只要保持电机气隙磁链为恒幅值矢量，那么电机的其它变量（如电流，电压，转矩等）均是滑差频率的单变量函数；只要改变滑差频率，其它变量就能相应地被改变，于是对转矩的调节便可以通过保持气隙磁链为恒值矢量时调节滑差频率来实现。下面将从交流电机数学模型出发，对FAM进行分析。 2.2.2 感应电机数学模型及转矩特性 α－β坐标系下，异步电机的电压方程[33]是： (2-1) 式中：为定，转子互感；为定子自感； 为折算到定子侧的转子自感； 为定子电阻； 为转子电阻； ωr=npωm为电机旋转电角速度；P为微分算子。记： (2-2) 则式(2-1)可写成 (2-3) 已知d_q坐标系中异步电动机转矩的一般表达式为[19]： (2-4) 由于 (2-5) 将由此求出的代入式(2-4)，得 (2-6) 由 (2-7) 中解出代入式(2-6)，可得用定子变量表示的转矩方程为： (2-8) 由式(2-3)的第一行可求得： (2-9) 或 (2-10) 式(2-9)可写为： (2-11) 当矢量幅值恒定，即定子励磁电流矢量im的幅值恒定（这里im=/L1=is+M12*ir/L1）这一条件满足时，在极坐标下is和im可表示为 im=Imexp(j) , is=Isexp(j) (2-12) 这里Im是一个恒定的参考矢量，是im与α轴之间的夹角，则有