電機(jī)矢量控制介紹.ppt

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1、電機(jī)控制基本原理電機(jī)數(shù)學(xué)模型及坐標(biāo)變換編程中的注意事項(xiàng)矢量控制基本模塊介紹9/20/20211異步電機(jī)靜態(tài)等效電路f0：同步頻率(輸出頻率)fs=f0×Sfs：滑差頻率Pe=I22×R2/SPe:電磁功率Po=I22×R2（1-S)/S=(1-S)PePo:輸出功率f0=fs+frfr：轉(zhuǎn)子頻率(轉(zhuǎn)速)輸入變量是電壓幅值和頻率（即電壓矢量的相位）輸出變量是轉(zhuǎn)速和磁鏈1、忽略鐵芯損耗2、忽略磁路飽和,電感為常數(shù)9/20/20212異步電機(jī)物理模型與電壓方程多變量非線性方程求解復(fù)雜，簡(jiǎn)化的方法是坐標(biāo)

2、變化，經(jīng)過(guò)三相到兩相的坐標(biāo)變換，變量減少，電感為常數(shù)，數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化9/20/20213ABCABCiAiBicCFω1旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生三相繞組模型等效的兩相繞組模型?1FMTimitMT旋轉(zhuǎn)兩相直流繞組模型??i??i?Fω1??9/20/20214坐標(biāo)系：兩相靜止坐標(biāo)系異步電機(jī)坐標(biāo)變換與電壓方程ABC坐標(biāo)系：三相靜止坐標(biāo)系m-t坐標(biāo)系：兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系空間矢量由三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系采用park變換9/20/20215異步電機(jī)在d-q坐標(biāo)系上的動(dòng)態(tài)等效電路坐標(biāo)系：M-T坐標(biāo)系：9/20

3、/20216電壓方程：電磁轉(zhuǎn)矩及運(yùn)動(dòng)方程：異步電機(jī)兩相正交靜止坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型磁鏈方程：電動(dòng)9/20/20217當(dāng)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)，將轉(zhuǎn)子磁鏈定向?yàn)閐軸上，此時(shí)d-q坐標(biāo)系即為m-t坐標(biāo)系，此時(shí)：即，代入電壓方程中，得到：異步電機(jī)兩相正交旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型電壓方程：磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程均不變。9/20/20218異步電機(jī)在M-T(轉(zhuǎn)子磁鏈定向)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型定子側(cè)穩(wěn)態(tài)電壓方程：由轉(zhuǎn)子側(cè)電壓方程可得：其中，T2是轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)MTuumut轉(zhuǎn)矩方程：1、定子電流的勵(lì)磁分量

4、與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。2、?r的變化要受到勵(lì)磁慣性的阻撓，這和直流電機(jī)勵(lì)磁繞組的慣性作用是一致的。9/20/20219電流控制變頻器÷異步電機(jī)矢量變換模型矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖9/20/2021101、在異步電機(jī)矢量變換模型中的轉(zhuǎn)子磁鏈?r和它的定向相位角?都是實(shí)際存在的，而用于控制器的這兩個(gè)量都難以直接檢測(cè)，只能采用觀測(cè)值或模型計(jì)算值。因此，兩個(gè)子系統(tǒng)完全解耦只有在下述三個(gè)假定條件下才能成立：①轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算值等于其實(shí)際值?r；②轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向角的計(jì)算值等于其實(shí)際值?；③忽略電流控制變頻器的滯后作

5、用。2、轉(zhuǎn)子磁鏈反饋信號(hào)是由磁鏈模型獲得的，其幅值和相位都受到電機(jī)參數(shù)Tr和Lm變化的影響，造成控制的不準(zhǔn)確性。不如采用磁鏈開(kāi)環(huán)控制，系統(tǒng)反而會(huì)簡(jiǎn)單一些。在這種情況下，常利用矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差公式，構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)，又稱間接矢量控制系統(tǒng)。9/20/202111ASRACRabcmtSVPWMIM負(fù)載ia,ib磁鏈模型矢量控制原理其中，比較重要的模塊是磁鏈、轉(zhuǎn)速模型，電流解耦控制，PWM的死區(qū)補(bǔ)償和過(guò)調(diào)制，弱磁控制等9/20/202112VF控制方式（1）調(diào)速中希望保持電機(jī)中每極磁通量?

6、m為額定值不變。如果磁通太弱，沒(méi)有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過(guò)分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)。（2）控制好Eg和f1，便可達(dá)到控制磁通的目的。（3）繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，定子相電壓Us代替Eg，這就是恒壓頻比的控制方式（4）在低頻時(shí)Us和Eg都較小，定子阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時(shí)，需要人為地把電壓Us抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降。（5）在基頻以下，磁通恒

7、定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì)，而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。9/20/202113保持轉(zhuǎn)子磁通恒定，則機(jī)械特性曲線為一直線，這正是矢量控制所遵循的原則Tes不同控制方式下的電機(jī)機(jī)械特性曲線VF控制方式9/20/2021141、為提高性能，加入矢量概念，選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系分解出近似的磁通電流和轉(zhuǎn)矩電流，進(jìn)行電壓、滑差頻率前饋控制2、自動(dòng)滑差補(bǔ)償根據(jù)負(fù)載電流的大小，補(bǔ)償由于負(fù)載變化引起的滑差變化3、自動(dòng)轉(zhuǎn)矩提升補(bǔ)償定子阻抗壓降I1R1，防止氣隙磁通減小，造成轉(zhuǎn)矩

8、特性下垂和最大轉(zhuǎn)矩下降imitu*RsitRsimusis4、空載或輕載振蕩抑制V/F屬于開(kāi)環(huán)控制，存在固有的不穩(wěn)定性，在空、輕載運(yùn)行情況下，由于阻尼作用較小，在半基頻附近（20Hz~30Hz），容易出現(xiàn)電流大幅振蕩。VF系統(tǒng)中的振蕩特性與電機(jī)定子電阻、瞬態(tài)漏抗的大小有關(guān)，并與死區(qū)時(shí)間設(shè)置，PWM模式等存在密切的關(guān)系。在不引入電機(jī)參數(shù)的情況下，采用電流反饋對(duì)頻率f，電壓V進(jìn)行微調(diào)，來(lái)進(jìn)行振蕩抑制。V/F控制的一些概念9/20/202115V/F控制的優(yōu)點(diǎn)：1、可以引入簡(jiǎn)單的矢量模型，提高穩(wěn)態(tài)性能