电机运动控制系统教学课件ppt作者洪乃刚第5章课件.ppt

第5章 异步电动机直接转矩控制系统及SVPWM控制系统 现代交流调速系统交流电动机通常用逆变器供电，一般逆变器由六个电力电子开关组成，六个开关的状态决定了逆变器输出电压（电流）和频率，也控制了电动机磁场和转速，也就是说电动机的转矩和转速控制可以归结为对逆变器六个开关的控制，因此直接转矩控制的基本思路就是：通过逆变器的开关直接控制电动机转矩从而控制电动机。 比较矢量控制系统，从交流电动机的等效数学模型得到矢量控制方程，根据矢量控制方程控制定子电流励磁分量和转矩分量，然后经过坐标变换控制逆变器和电动机，二者相比直接转矩控制的思路较简洁。 本章首先研究逆变器的开关状态，引入电压空间矢量的概念，然后介绍电压空间矢量与电动机磁链轨迹和转矩控制的关系，以及直接转矩控制系统的组成和工作原理，最后介绍SVPWM控制的调速系统。 5.1 逆变器开关状态和电压空间矢量 5.1.1 逆变器开关状态 上桥臂开关接通（K1，K2，K3） =1 =0 下桥臂开关接通（K1，K2，K3） 在变流器为 导通型时，同相上下桥臂开关状态互补， 该电路有 种可能的开关组合（表5.1）。 表5.1 逆变器开关状态和电压空间矢量 开关状态 工作状态 零状态 状态编号 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 SASBSC 100 110 010 011 001 101 000 111 空间电压矢量 us us4(100) us5（110) us6(010) us1(011) us2（001) us3(101) us7(000) us8(111) 0 0 5.1.2 　电压空间矢量 三相电压与电压空间矢量的关系由Park变换表示： us （5.1） 在三相电压为正弦时 在Park变换中对三相电压的波形没有限制，它们可以是正弦的，也可以是其他形式的电压，因此可以用来将直－交逆变器输出的三相电压变换为电压空间矢量 对三相逆变器 （1）在逆变器开关状态为SASBSC＝100时，即K1、K6、K2接通，三相电压为 （2）在逆变器开关状态为SASBSC＝110时，即K1、K3、K2接通，三相电压为 us2(110)= us1(100)= 三相逆变器电压空间矢量 依次类推，可得逆变器六种开关工作状态下的电压空间矢量 开关状态000和111，即下桥臂开关K4、K6、K2或上桥臂开关K1、K3、K5同时导通，空间电压矢量 us7＝us8＝0，在坐标原点。 5.1.3 磁链轨迹和控制策略 一 定子磁链轨迹 引入电压空间矢量后，三相电动机定子电压方程 us(t) = Rs is (t)+dΨs（t）/dt 定子磁链为 Ψs(t)=∫[us(t)- Rs is (t)] dt 忽略定子绕组电阻 Ψs(t)= ∫us(t) dt （5.7） 电压空间矢量作用下定子 磁链的运动轨迹 在 选择开关状态S4(011)，则us＝us4，定子磁链运动轨迹为： Ψs（t）=∫us4dt = us4×Δt +Ψs0 （5.8） 时 二　零矢量和电机转矩控制 插入零矢量时Ψs将在原地踏步不移动，保持幅值和方向不变。对电动机控制而言，插入零矢量使定子磁链Ψs旋转停顿，而转子在惯性作用下仍向前旋转，定子磁链Ψs与转子磁链Ψr的夹角 （转矩角）变小 电机的转矩下降（式5.9）。 Te=KmΨsΨr= 适时插入零矢量可以控制电动机转矩，从而调节转速。 插入零矢量us7还是us8的选择原则是使逆变器开关次数最小 三 圆形磁链控制 在给定磁链Ψ*s的基础上，规定磁链的偏差范围ΔΨ，当电压空间矢量的作用使磁链Ψs超出偏差允许范围ΔΨ时，改换新的电压矢量将磁链轨迹控制在规定的偏差范围内。 如图 沿us2方向移动，在 偏差允许范围，切换电压空间矢量为us3，磁链改变移动方向；在 这时切换空间电压矢量为us3，磁链再次改变方向，如此进行可以将定子磁链的轨迹限制在偏差ΔΨ范围内。 时刻选择us2，磁链Ψs 时磁链将超出 时磁链将超出反向偏差允许范围， 四 电压空间矢量的选择 在磁链圆上任何一点都有六个电压矢量可以选择，一般对二电平逆变器圆形磁链控制，以相邻两个电压矢量的中心线将磁链圆按 在每个扇区内依次按转向、磁链和转矩的要求可确定作用的电压矢量。 分为I~VI六个扇区 如在I扇区： ①转向控制 磁链正转，选择us3（010）和us2（110）交替作用 ②磁链控制 us2和us3交替工作 磁链反转 选择us5（001）和us6（101） ③转矩控制 插入零矢量使磁链旋转停顿 θ减小转矩减小。 表5.2 扇区电压矢量表 扇区 I II III IV