§2-7 异步电机矢量变换控制1.ppt

电气与信息工程学院 黄守道 §2-7 异步电机矢量变换控制 直流电动机的特点 异步电机的特点 定子通三相正弦对称交流电时产生一个随时间和空间都在变化的旋转磁场。 转子磁势和旋转磁势之间不存在垂直关系。 异步电机转子是短路的，只能在定子方面调节电流，组成定子电流的两个成分-励磁电流和转矩电流都在变化，因为存在非线性关系，因此对这两个部分电流不可能分别调节和控制。 转矩与磁通、电流之间的关系： 矢量控制是异步电机控制的有效方法之一 二、矢量变换控制的理论基础 实用3Φ/2Φ变换运算框图 静止二相 旋转二相（VR变换） 直角坐标 极坐标变换（K/P变换） 2. 异步电机矢量变换控制用基本方程式 转子磁链: 说明： T2 为转子时间常数；iM1为M轴定子电流激磁分量，iT1为T轴定子电流转矩分量。M，T轴定子电流之间已经解除了耦合关系，控制 iM1 使磁通恒定，瞬时控制 iT1 ，就可实现对转矩的瞬时控制，获得如同直流电机那样的控制特性。 3. 转子磁通空间位置的量测（磁通观测器） 磁通观测器框 图 三、异步电机矢量变换控制系统 2. 磁通检测式矢量控制系统 电压型逆变器矢量控制框图 矢量变换控制系统Matlab仿真框图 矢量变换控制系统Matlab 仿真波形 2. 转差频率控制式 等效转矩电流给定值 ，等效励磁电流 给定值 及电机转差频率 计算公式 四 、矢量变换控制工程上的实现 从电力电子的角度看，侧重于控制策略的工程实现、逆变器驱动信号（SPWM）波的生成和逆变器电流电压特性。控制策略的优劣，不但看控制性能，还要看是否有利于逆变器的安全平稳运行。 本节将对这一问题进行一些讨论。 矢量运算及交流矢量控制处理器AD2S100 应用AD2S100处理器的异步电机矢量控制系统 五、矢量控制总结 优点: 可以获得与直流电机相似的控制效果动态性能较标量控制如V/f=const要好。 不足: 磁场定向精度有限 电机模型不精确 控制复杂 矢量控制中，给定量要由直流量向交流量变换，而反馈量又要从交流量向直流量变换，两次坐标变换，再加上转子磁链模型计算、转子参数的辨识与校正等，使系统变得十分复杂。 展望与发展 由于感应电机的多变量、非线性、强耦合特点，电机参数随温度变化等复杂现象，使电机控制中难以获得精确不变的数学模型，从而使矢量控制的方法难以获得预期的效果。 工程实践推动人们不断寻求一些新的控制手段，其主要目的是不依赖或不完全依赖控制效果进行控制，按当前状态切换控制器的结构，用变结构的方法改善系统性能，使控制系统具有在线辨识、决策或总体寻优的能力。 异步电机控制 * 起源：始于70年代，模拟直流电机的磁通和转矩分别控制优势，获得如同直流电机一样良好的动态调速特性。 一、矢量变换控制的基本概念 控制目的：对磁通和转矩分别进行瞬时控制以达到良好的控制性能。 ? 励磁绕组和电枢绕组 相互垂直，互不影响 并以最大转矩运行， 静动态性能好。 励磁电流和转矩电流 分别提供励磁磁势和 电枢磁势。易于对转 矩控制。 磁场和电流均为标量 l?? l?? ? 矢量变换—用数学方法将交流矢量变换成直流 标量，使控制简便。 矢量变换前提——确保旋转磁场大小、转速、转向不变及功率不变。 磁场定向—以转子全磁通 的矢量作为新坐标系（同步速M-T坐标系）的一个坐标轴（M轴） 以获得线性机械特性 1. 坐标变换理论 静止三相 静止二相 旋转二相 静止三相 静止二相 （3 /2 变换） 数学表达式 式中： f为广义变量，代表u,i, 等。 数学表达式： 式中: 数学表达式： 电磁功率： 电磁转矩： 为了有效地进行矢量坐标变换，必须设法确定同步转速坐标系M—T轴线的空间位置，这是进行矢量变换的前提。为此，可以测量转子全磁通矢量 相对于 坐标系 轴线的角度 来实现。 检测转子磁通常有两种方法： 直接检测法 间接检测法 直接检测法：利用诸如霍尔元件等磁传感器，直接测得电机的气隙磁通。低速时有齿谐波磁场脉动引起的量测误差，