第五章 定子磁場定向矢量控制

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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，重寫雙饋電機在同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的定轉(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

2、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)，、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)坐標系

3、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，

4、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。或?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系下定子電壓方程，即可求出兩相靜止坐標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

5、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

6、并網(wǎng)策略的實施。因此定子磁場的觀測通?？梢圆捎脺史e分電壓模型進行觀測，其準積分模型的表達式為：（5-15）上式所表達的準積分環(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準積分環(huán)節(jié)與純積分環(huán)節(jié)性能對比（a:頻域?qū)Ρ?；b:時域?qū)Ρ龋┯蓤D5-1不難看出，準積分環(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定子磁鏈矢量定向控制結(jié)構(gòu)圖