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1、第五章定子磁場定向矢量控制5.1轉(zhuǎn)子電流控制在雙饋電機定子磁場定向的矢量控制策略中,通常將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸與雙饋電機定子磁場相重合,逆時針旋轉(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: (5-1)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:,稱為通用勵磁電流計算轉(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計算轉(zhuǎn)子電壓如下:(5-7)式5-7便
2、是采用電壓源變流器對雙饋電機轉(zhuǎn)子電流控制的理論依據(jù),式中為雙饋電機反電勢所引起的擾動項,與為旋轉(zhuǎn)電勢所引起的交叉耦合擾動項,擾動項和耦合項給調(diào)節(jié)器的設(shè)計造成一定的困難。為此可采用前饋補償控制策略,把反電動勢引起的擾動項和旋轉(zhuǎn)電動勢引起的交叉耦合項等擾動項前饋解耦后,雙饋電機轉(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,當(dāng)雙饋電機轉(zhuǎn)子電流采用PI調(diào)節(jié)器,并以PI調(diào)節(jié)器的輸出來控制式5-7中的轉(zhuǎn)子電流動態(tài)項時,則轉(zhuǎn)子電壓和的控制方程如下:(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),
3、、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可得在定子磁場定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下雙饋電機電磁轉(zhuǎn)矩表達式為:(5-9)上式表明,雙饋電機在定子磁場不變,即恒定的情況下,雙饋電機的電磁轉(zhuǎn)矩的大小與雙饋電機轉(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電磁轉(zhuǎn)矩的同時,也控制了其定子側(cè)有功功率,而定子側(cè)無功功率的調(diào)節(jié)可通過轉(zhuǎn)子電流的d軸分量進行控制,而相應(yīng)的的指令值取決于具體的控制
4、要求,如無功功率控制、定子電壓控制、功率因數(shù)控制等。當(dāng)雙饋電機采用速度全控型控制策略時,雙饋電機控制的外環(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。由雙饋電機的運動方程可知,若速度外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器,則雙饋電機的電磁轉(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);為雙饋電機的轉(zhuǎn)速指令值?;?qū)⑵浔硎鰹殡娏髦噶畹男问?,即:?-11(b))5.3定子磁鏈檢測由于雙饋電機的特殊結(jié)構(gòu),使其定子電氣量和轉(zhuǎn)子電氣量均可以被直接檢測,所以雙饋電機定子磁鏈有幾種不同的檢測方法。其中較為典型的有定子電
5、壓模型與定轉(zhuǎn)子電流模型兩種。5.3.1定子電壓模型對于定子電壓模型法,即將檢測到的定子電壓、定子電流經(jīng)三相靜止到兩相靜止的Clark變換,再運用雙饋電機兩相靜止坐標(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)在實際控制中,上式中的積分運算通常采用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)子電流模型對于定轉(zhuǎn)子電流模型,即將檢測出的定子電流、轉(zhuǎn)子電流經(jīng)三相靜止到兩相靜止的Clark變換,再運用雙饋電機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
6、,如式5-13所示(5-13)于是,有、(5-14)相對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)積分運算,但定轉(zhuǎn)子電流模型也有其自身的缺陷;一方面觀測的準(zhǔn)確性受雙饋電機參數(shù)的影響,而雙饋電機的參數(shù)在運行過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)策略的實施。因此定子磁場的觀測通常可以采用準(zhǔn)積分電壓模型進行觀測,其準(zhǔn)積分模型的表達式為:(5-15)上式所表達的準(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
7、積分環(huán)節(jié)性能對比(a:頻域?qū)Ρ龋籦:時域?qū)Ρ龋┯蓤D5-1不難看出,準(zhǔn)積分環(huán)節(jié)對高頻交流部分具有與純積分環(huán)節(jié)相同的特性,而對于低頻部分,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)同時給出了純積分環(huán)節(jié)和準(zhǔn)積分環(huán)節(jié)對一個初相為0的正弦信號的積分作用,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