现代交流调速PPT电子教案-第四章 异步电动机矢量变换控制系统.ppt

第四章 异步电动机矢量变换控制系统 2、 两相静止—两相旋转坐标变换（2s/2r变换） 图中，两相交流电流i?、i? 和两个直流电流im、it产生同样的以同步转速?1旋转的合成磁动势Fs。由于各绕组匝数都相等，可以消去磁动势中的匝数，直接用电流表示，例如Fs可以直接标成is 。但必须注意，这里的电流都是空间矢量，而不是时间相量。 3、 直角坐标/极坐标变换（K/P变换） 当 ?1 在0°-90°之间变化时，tan?1 的变化范围是 0-∞，这个变化幅度太大，很难在实际变换器中实现，因此常改用下列方式来表示 ?1 值 交流电机数学模型的性质 总起来说，异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。 电感矩阵 电感的种类和计算 由于折算后定、转子绕组匝数相等，且各绕组间互感磁通都通过气隙，磁阻相同，故可认为 自感表达式 对于每一相绕组来说，它所交链的磁通是互感磁通与漏感磁通之和，因此，定子各相自感为 互感表达式 第二类变化位置绕组的互感 电压方程的展开形式 磁链开环转差型矢量控制系统 在磁链闭环控制的矢量控制系统中，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 T2 和 Lm 变化的影响，造成控制的不准确性。 这种控制方式拥有稳态模型转差频率控制系统的优点，同时用基于动态模型的矢量控制规律克服了它的大部分不足之处。转差型矢量控制系统的原理图，其中主电路采用了交-直-交电流源型变频器，适用于数千kW的大容量装置，在中、小容量装置中多采用带电流控制的电压源型PWM变压变频器。 （3） i*m1和i*t1 经直角坐标/极坐标变换器K/P合成后，产生定子电流幅值给定信号 i*s 和相角给定信号? *s 。前者经电流调节器ACR控制定子电流的大小，后者则控制逆变器换相的时刻，从而决定定子电流的相位。定子电流相位能否得到及时的控制对于动态转矩的发生极为重要。极端来看，如果电流幅值很大，但相位落后90°，所产生的转矩仍只能是零。 智能控制方法的引入 什么是智能控制方法？ 为什么要引入智能控制方法？ 智能控制方法用在哪些环节？ 智能控制方法的引入 人工神经网络控制 模糊控制 专家系统 遗传算法 系统非线性严重，传统的控制方法不能在任何工况下满足要求 电机参数随着电机运行状态的变化而改变，必须在线进行辨识 考虑到笼型异步电动机的转子绕组呈短路状态 M、T坐标系上的转矩方程为 运动方程与坐标变换无关，仍为 静止两相坐标系a、β下的数学模型 在静止坐标系?、? 上的数学模型是任意旋转坐标系数学模型当坐标转速等于零时的特例。当?1=0时，?s= -? ，即转子角转速的负值，并将下角标M、T 改成?、? ，则电压矩阵方程变成 磁链方程变换为 电磁转矩表达式为： 利用两相旋转变换阵 C2s/2r ，可得 异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，通过坐标变换，可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性、多变量的本质。 四、矢量变换控制变频调速系统 需要高动态性能的异步电机调速系统必须在其动态模型的基础上进行分析和设计，但要完成这一任务并非易事。经过多年的潜心研究和实践，有几种控制方案已经获得了成功的应用，目前应用最广的就是按转子磁链定向的矢量控制系统。 1、转子磁链观测 而且由于齿槽影响，使检测信号中含有较大的脉动分量，存在气隙齿谐波磁场脉动引起的量测误差，越到低速时影响越严重。 磁链的检测可分为直接检测和间接检测。 直接检测磁链的方法，一种是在电机槽内埋设探测线圈，另一种是利用贴在定子内表面的霍尔元件或其它磁敏元件。从理论上说，直接检测应该比较准确，这种方法需要对电机进行改造，会遇到不少工艺和技术问题。 间接检测法。实用的系统中利用直接测得的电压、电流或转速信号，利用转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与相位。当然这种方法受数学模型准确性及电机参数稳定性的影响，但由于比较方便，因而实用。 从电机外部量“观测”到内部的磁通 利用能够实测的物理量(电压、电流和转速等)的不同组合，可以获得多种转子磁链模型，现在给出两个典型的实例。 在两相静止坐标系α、β上的转子磁链观测 在系统中由实际测量的三相定子电流通过坐标变换得到iα1和iβ1然后计算转子磁链： 又由 ? ? 坐标系电压矩阵方程第3，4行，并令 u?2=u?2=0 得： 或 整理后得转子磁链模型 有了??2 和 ??2，要计算?2 的幅值和相位就很容易了。构成转子磁链分量的运算框图如下图所示。 a、β坐标系下的转子磁链观测模型 上图的