《電力拖動技術(shù)ch》PPT課件

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1、第10章同步電動機(jī)矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)10.1同步電動機(jī)矢量控制思想的引入1.電機(jī)是機(jī)、電、磁三種物理量相互關(guān)聯(lián)的，以電磁場作為耦合場的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置。從機(jī)的角度去看從電的角度去看從磁的角度去看同步電動機(jī)及異步電動機(jī)的氣隙磁場在空間分布是接近正弦的，其產(chǎn)生有效轉(zhuǎn)矩的工作磁場是磁場的基波分量，這就使同步電動機(jī)及異步電動機(jī)分析及運(yùn)算中對磁場可以采用空間矢量的方法來分析及運(yùn)算，對電壓、電流等可以采用時間相量的方法來分析及運(yùn)算，這個條件也為這類電機(jī)采用矢量控制奠定了基礎(chǔ)。2.電機(jī)矢量的概念對于交流電機(jī)來說，氣隙磁勢沿氣隙周長方向呈正弦分布，因此可

2、以用空間磁勢矢量來表示，這就是電機(jī)矢量的概念。自控式變頻的同步電動機(jī)與他控式變頻系統(tǒng)相比較具有不會失步等明顯的優(yōu)點(diǎn)。因此，根據(jù)定子磁勢的位置是由轉(zhuǎn)子位置所決定的特點(diǎn)，使其與轉(zhuǎn)子的磁極軸線（或氣隙磁場軸線）保持一個的恒定值，即使與垂直或使與垂直，則定子磁勢的旋轉(zhuǎn)速度（也即變頻器的輸出頻率）是跟隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的變化而變化。這就是同步電動機(jī)的磁場定向控制或通常所說的“矢量控制”。3.自控式變頻的優(yōu)缺點(diǎn)4.矢量控制思想的引入若能使電機(jī)定、轉(zhuǎn)子磁勢的夾角在任何時候都保持同一個值，那么只要定子電流恒定，其力矩也就不再脈動。控制效果將更好。六拍型供電的變

3、頻電路使電機(jī)定子磁勢只有6個空間位置狀態(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁勢是一個步進(jìn)式的旋轉(zhuǎn)磁勢，每一個定子磁勢要對應(yīng)于轉(zhuǎn)子60°電角度的位置區(qū)域，可知，力矩的脈動也就不可避免。1.坐標(biāo)變換的基本思路直流電機(jī)的物理模型直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較簡單，先分析一下直流電機(jī)的磁鏈關(guān)系。下圖中繪出了二極直流電機(jī)的物理模型，圖中F為勵磁繞組，A為電樞繞組，C為補(bǔ)償繞組。F和C都在定子上，只有A是在轉(zhuǎn)子上。把F的軸線稱作直軸或d軸（directaxis），主磁通?的方向就是沿著d軸的；A和C的軸線則稱為交軸或q軸（quadratureaxis）。10.2同步電動機(jī)的坐標(biāo)變換二

4、極直流電機(jī)的物理模型dq?FACifiaic勵磁繞組電樞繞組補(bǔ)償繞組雖然電樞本身是旋轉(zhuǎn)的，但其繞組通過換向器電刷接到端接板上，電刷將閉合的電樞繞組分成兩條支路。當(dāng)一條支路中的導(dǎo)線經(jīng)過正電刷歸入另一條支路中時，在負(fù)電刷下又有一根導(dǎo)線補(bǔ)回來。這樣，電刷兩側(cè)每條支路中導(dǎo)線的電流方向總是相同的，因此，電樞磁動勢的軸線始終被電刷限定在q軸位置上，其效果好象一個在q軸上靜止的繞組一樣。但它實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)的，會切割d軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動勢，這又和真正靜止的繞組不同，通常把這種等效的靜止繞組稱作“偽靜止繞組”（pseudo-stationarycoils）

5、。分析結(jié)果電樞磁動勢的作用可以用補(bǔ)償繞組磁動勢抵消，或者由于其作用方向與d軸垂直而對主磁通影響甚微，所以直流電機(jī)的主磁通基本上唯一地由勵磁繞組的勵磁電流決定，這是直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。交流電機(jī)的物理模型如果能將交流電機(jī)的物理模型（見下圖）等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標(biāo)變換正是按照這條思路進(jìn)行的。在這里，不同電機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動勢完全一致。交流電機(jī)三相對稱的靜止繞組A、B、C，通以三相平衡的正弦電流時，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布

6、，以同步轉(zhuǎn)速?1（即電流的角頻率）順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。這樣的物理模型繪于下圖a中。（1）交流電機(jī)繞組的等效物理模型ABCABCiAiBiCFω1a）三相交流繞組旋轉(zhuǎn)磁動勢的產(chǎn)生然而，旋轉(zhuǎn)磁動勢并不一定非要三相不可，除單相以外，二相、三相、四相、……等任意對稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，當(dāng)然以兩相最為簡單。??F?i??i?ω1b）兩相交流繞組等效的兩相交流電機(jī)繞組圖b中繪出了兩相靜止繞組?和?，它們在空間互差90°，通以時間上互差90°的兩相平衡交流電流，也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢F。當(dāng)圖a和b的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速

7、都相等時，即認(rèn)為圖b的兩相繞組與圖a的三相繞組等效。（3）旋轉(zhuǎn)的直流繞組與等效直流電機(jī)模型?1FMTimitMTc）旋轉(zhuǎn)的直流繞組再看圖c中的兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組M和T，其中分別通以直流電流im和it，產(chǎn)生合成磁動勢F，其位置相對于繞組來說是固定的。如果讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則磁動勢F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來，成為旋轉(zhuǎn)磁動勢。把這個旋轉(zhuǎn)磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速也控制成與圖a和圖b中的磁動勢一樣，那么這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組都等效了。當(dāng)觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時，在他看來，M和T是兩個通以直流而

8、相互垂直的靜止繞組。如果控制磁通的位置在M軸上，就和直流電機(jī)物理模型沒有本質(zhì)上的區(qū)別了。這時，繞組M相當(dāng)于勵磁繞組，T相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組。等效的概念由此可見，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)