第五章 定子磁場(chǎng)定向矢量控制

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1、第五章定子磁場(chǎng)定向矢量控制5.1轉(zhuǎn)子電流控制在雙饋電機(jī)定子磁場(chǎng)定向的矢量控制策略中，通常將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸與雙饋電機(jī)定子磁場(chǎng)相重合，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度的方向作為q軸方向，即在同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中定子磁鏈可表述為：?。?-1）其中，為定子磁鏈的幅值。由此，在定子磁鏈定向的情況下，重寫雙饋電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的定轉(zhuǎn)子電壓方程、磁鏈方程：（5-2）（5-3）求解后，得：、（5-4）其中：，稱為通用勵(lì)磁電流計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈如下：（5-5）設(shè)為漏磁系數(shù)，則5-5式又可表示為：（5-6）利用式5-2計(jì)算轉(zhuǎn)子電

2、壓如下：（5-7）式5-7便是采用電壓源變流器對(duì)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子電流控制的理論依據(jù)，式中為雙饋電機(jī)反電勢(shì)所引起的擾動(dòng)項(xiàng)，與為旋轉(zhuǎn)電勢(shì)所引起的交叉耦合擾動(dòng)項(xiàng)，擾動(dòng)項(xiàng)和耦合項(xiàng)給調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)造成一定的困難。為此可采用前饋補(bǔ)償控制策略，把反電動(dòng)勢(shì)引起的擾動(dòng)項(xiàng)和旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)引起的交叉耦合項(xiàng)等擾動(dòng)項(xiàng)前饋解耦后，雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子d軸電流直接由轉(zhuǎn)子側(cè)d軸端電壓控制，轉(zhuǎn)子q軸電流直接由轉(zhuǎn)子側(cè)q軸端電壓控制。此時(shí)，當(dāng)雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子電流采用PI調(diào)節(jié)器，并以PI調(diào)節(jié)器的輸出來(lái)控制式5-7中的轉(zhuǎn)子電流動(dòng)態(tài)項(xiàng)時(shí)，則轉(zhuǎn)子電壓和的控制方程如

3、下：（5-8）其中，、為轉(zhuǎn)子電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)和積分系數(shù)，、分別為轉(zhuǎn)子電流d軸、q軸分量的指令值。5.2轉(zhuǎn)子電流指令根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩方程4-6，以及式5-4、式5-6可得在定子磁場(chǎng)定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下雙饋電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為：（5-9）上式表明，雙饋電機(jī)在定子磁場(chǎng)不變，即恒定的情況下，雙饋電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的大小與雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子電流的q軸分量成正比。根據(jù)式4-7、式5-4，并在忽略定子電阻的情況下，可得：=〉（5-10）上式表明，在利用轉(zhuǎn)子電流q軸分量控制雙饋電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，也控制了其定子側(cè)有功功率，而定

4、子側(cè)無(wú)功功率的調(diào)節(jié)可通過(guò)轉(zhuǎn)子電流的d軸分量進(jìn)行控制，而相應(yīng)的的指令值取決于具體的控制要求，如無(wú)功功率控制、定子電壓控制、功率因數(shù)控制等。當(dāng)雙饋電機(jī)采用速度全控型控制策略時(shí)，雙饋電機(jī)控制的外環(huán)為速度環(huán)，而轉(zhuǎn)子q軸電流的指令值由速度環(huán)決定。由雙饋電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程可知，若速度外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，則雙饋電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩的控制方程可表述為：（5-11(a)）其中，、分別為速度外環(huán)的比例系數(shù)和積分系數(shù)；為雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速指令值?；?qū)⑵浔硎鰹殡娏髦噶畹男问剑矗海?-11(b)）5.3定子磁鏈檢測(cè)由于雙饋電機(jī)的特殊結(jié)

5、構(gòu)，使其定子電氣量和轉(zhuǎn)子電氣量均可以被直接檢測(cè)，所以雙饋電機(jī)定子磁鏈有幾種不同的檢測(cè)方法。其中較為典型的有定子電壓模型與定轉(zhuǎn)子電流模型兩種。5.3.1定子電壓模型對(duì)于定子電壓模型法，即將檢測(cè)到的定子電壓、定子電流經(jīng)三相靜止到兩相靜止的Clark變換，再運(yùn)用雙饋電機(jī)兩相靜止坐標(biāo)系下定子電壓方程，即可求出兩相靜止坐標(biāo)系中定子磁鏈的分量和分量，如式5-12所示（5-12）在實(shí)際控制中，上式中的積分運(yùn)算通常采用0.5Hz到1Hz的帶通濾波器獲得，以克服其直流偏置的影響。5.3.2定轉(zhuǎn)子電流模型對(duì)于定轉(zhuǎn)子電

6、流模型，即將檢測(cè)出的定子電流、轉(zhuǎn)子電流經(jīng)三相靜止到兩相靜止的Clark變換，再運(yùn)用雙饋電機(jī)的磁鏈方程求的兩相靜止坐標(biāo)系中定子磁鏈的分量和分量，如式5-13所示（5-13）于是，有、（5-14）相對(duì)于定子電壓模型而言，定轉(zhuǎn)子電流模型法可以避免積分或準(zhǔn)積分運(yùn)算，但定轉(zhuǎn)子電流模型也有其自身的缺陷；一方面觀測(cè)的準(zhǔn)確性受雙饋電機(jī)參數(shù)的影響，而雙饋電機(jī)的參數(shù)在運(yùn)行過(guò)程中因磁化曲線的非線性（如磁飽和作用）使得這些參數(shù)較易發(fā)生改變，從而影響觀測(cè)精度；另一方面，由于不能直接與電網(wǎng)同步，不利于軟并網(wǎng)策略的實(shí)施。因此定

7、子磁場(chǎng)的觀測(cè)通?？梢圆捎脺?zhǔn)積分電壓模型進(jìn)行觀測(cè)，其準(zhǔn)積分模型的表達(dá)式為：（5-15）上式所表達(dá)的準(zhǔn)積分環(huán)節(jié)與純積分環(huán)節(jié)的特性相比，如圖5-1所示：圖5-1準(zhǔn)積分環(huán)節(jié)與純積分環(huán)節(jié)性能對(duì)比（a:頻域?qū)Ρ?；b:時(shí)域?qū)Ρ龋┯蓤D5-1不難看出，準(zhǔn)積分環(huán)節(jié)對(duì)高頻交流部分具有與純積分環(huán)節(jié)相同的特性，而對(duì)于低頻部分，尤其是直流環(huán)節(jié)，準(zhǔn)積分濾波器具有濾除直流偏置的作用。圖5-1(b)同時(shí)給出了純積分環(huán)節(jié)和準(zhǔn)積分環(huán)節(jié)對(duì)一個(gè)初相為0的正弦信號(hào)的積分作用，由該圖不難看出純積分環(huán)節(jié)含有較大的直流分量，而準(zhǔn)積分環(huán)節(jié)在穩(wěn)態(tài)后沒(méi)

8、有明顯的直流偏置。5.4控制結(jié)構(gòu)圖圖5-2定子磁鏈?zhǔn)噶慷ㄏ蚩刂平Y(jié)構(gòu)圖