電機(jī)矢量控制介紹.ppt

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,簡化的方法是坐標(biāo)

2、變化,經(jīng)過三相到兩相的坐標(biāo)變換,變量減少,電感為常數(shù),數(shù)學(xué)模型簡化9/20/20213ABCABCiAiBicCFω1旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢產(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,只能采用觀測值或模型計(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。不如采用磁鏈開環(huán)控制,系統(tǒng)反而會(huì)簡單一些。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,沒有充分利用電機(jī)的鐵心,是一種浪費(fèi);如果過分增大磁通,又會(huì)使鐵心飽和,從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流,嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(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)勢是難以直接控制的,當(dāng)電動(dòng)勢值較高時(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、可以引入簡單的矢量模型,提高穩(wěn)態(tài)性能

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