第十一-異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速課件

1、第十一章 異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 2022/10/41第十一章 異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速 2022/10/31 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。 了解各類電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。 理解電機(jī)中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。 掌握電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的分析方法和運(yùn)行性能。 理解電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)各種參數(shù)的物理意義，并 能熟練應(yīng)用等效電路和相量圖。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)，掌握電機(jī)的基本實(shí)驗(yàn)方法和電機(jī) 使用的基本技能。 教學(xué)目的1.熟練掌握異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的控制特性和開環(huán)機(jī)械特性。2.掌握轉(zhuǎn)速開環(huán)PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理。理解轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想和系統(tǒng)構(gòu)成。3.熟練掌握矢量控制的基本思想。掌握坐標(biāo)變換的基本方程。3.掌握在不同坐標(biāo)系下異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型、

2、控制方程、等效電路、偽靜止繞組的基本概念。4.熟練掌握直接磁場(chǎng)定向矢量控制和間接磁場(chǎng)定向矢量控制的基本原理、空間矢量圖。熟練掌握直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)。 重 點(diǎn)1.異步機(jī)變頻調(diào)速控制特性。2.直接和間接磁場(chǎng)定向矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理。 難 點(diǎn)1.坐標(biāo)變換的基本概念。2.矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的物理概念。 2022/10/42 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。 教學(xué)目的1.熟練掌握異步電動(dòng)機(jī)變頻變壓變頻調(diào)速是改變異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速隨頻率而變化2022/10/43變壓變頻調(diào)速是改變異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法，同步轉(zhuǎn)速教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的基

3、本原理 第二節(jié) 電力電子變壓變頻器第三節(jié) 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)第四節(jié) 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)第五節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)坐標(biāo)變換第六節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)在正交坐標(biāo)系上的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/44教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本原理 2022第七節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 第八節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)按定子磁鏈控制的直接控制系統(tǒng) 2022/10/45第七節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 2022/異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 穩(wěn)態(tài)速降 隨負(fù)載大小變化 一、變壓變頻調(diào)速的基本原理11.1 異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的基本原理2022/10/46異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 穩(wěn)態(tài)速

4、降 隨負(fù)載大小變化 一、變壓變頻只要控制好Eg和f1,便可控制氣隙磁通。氣隙磁通控制2022/10/47只要控制好Eg和f1,便可控制氣隙磁通。氣隙磁通控制2022當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須使 1. 基頻以下調(diào)速恒壓頻比的控制方式 由于，異步電動(dòng)機(jī)繞組中的電動(dòng)勢(shì)是難以直接檢測(cè)與控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，忽略定子電阻和漏感壓降，2022/10/48當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須使 1. 基頻以下調(diào)速恒壓頻比通常在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以供用戶選擇。a無(wú)補(bǔ)償 b帶定子電壓補(bǔ)償圖11-9 恒壓頻比控制特性低頻補(bǔ)償?shù)皖l時(shí)，定子電阻和漏感壓降所占的份量比較顯著，不能再忽略。人為地把定子電

5、壓抬高一些，以補(bǔ)償定子阻抗壓降。2022/10/49通常在控制軟件中備有不同斜率的補(bǔ)償特性，以供用戶選擇。圖11在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率從向上升高，保持額定電壓不變。使得異步電動(dòng)機(jī)工作在弱磁狀態(tài)。2. 基頻以上調(diào)速2022/10/410在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率從向上升高，保持額定電壓不變。使得異步圖11-10 異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性變壓變頻調(diào)速2022/10/411圖11-10 異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性變壓變頻調(diào)速1. 基頻以下采用恒壓頻比控制 異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性方程式改寫為二、變壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性對(duì)于同一轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速降落基本不變2022/10/4121. 基頻以下采用恒壓頻比

6、控制二、變壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性對(duì)臨界轉(zhuǎn)矩 隨著頻率的降低而減小。 當(dāng)頻率較低時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶載能力減弱，采用低頻定子壓降補(bǔ)償，適當(dāng)?shù)靥岣唠妷?，可以增?qiáng)帶載能力。轉(zhuǎn)差功率 與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，故稱作轉(zhuǎn)差功率不變型。2022/10/413臨界轉(zhuǎn)矩 隨著頻率的降低而減小。轉(zhuǎn)差功率 與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，故稱作電壓不能從額定值再向上提高，只能保持不變，機(jī)械特性方程式可寫成 臨界轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 2. 基頻以上調(diào)速2022/10/414電壓不能從額定值再向上提高，只能保持不變，機(jī)械特性方程式可寫臨界轉(zhuǎn)差率 當(dāng)s很小時(shí)，忽略上式分母中含s各項(xiàng) 或帶負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落 對(duì)于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，轉(zhuǎn)速降落越大。2022/10/41

7、5臨界轉(zhuǎn)差率 當(dāng)s很小時(shí)，忽略上式分母中含s各項(xiàng) 或帶負(fù)載轉(zhuǎn)差功率 帶恒功率負(fù)載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差功率基本不變。2022/10/416轉(zhuǎn)差功率 帶恒功率負(fù)載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差功率基本不變。2022/圖11-11 異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性變壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性2022/10/417圖11-11 異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性變壓變頻調(diào)速時(shí)的圖11-12 異步電動(dòng)機(jī)等值電路和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)三、 基頻以下電壓補(bǔ)償控制2022/10/418圖11-12 異步電動(dòng)機(jī)等值電路和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)三、 基頻以氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 定子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 轉(zhuǎn)子全磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 三

8、種磁通2022/10/419氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 定子全磁通在定子每相繞保持定子磁通恒定： 定子電動(dòng)勢(shì)不好直接控制，能夠直接控制的只有定子電壓。補(bǔ)償定子電阻壓降，就能夠得到恒定子磁通。 常值1. 恒定子磁通控制2022/10/420保持定子磁通恒定： 定子電動(dòng)勢(shì)不好直接控制，能夠忽略勵(lì)磁電流，轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 當(dāng)轉(zhuǎn)差率s相同時(shí)，采用恒定子磁通控制方式的電磁轉(zhuǎn)矩大于恒壓頻比控制方式。2022/10/421忽略勵(lì)磁電流，轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 當(dāng)轉(zhuǎn)差率s相同時(shí)，采用恒定子臨界轉(zhuǎn)差率 臨界轉(zhuǎn)矩 頻率變化時(shí)，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變 。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)矩均大于恒壓頻比控

9、制方式。2022/10/422臨界轉(zhuǎn)差率 臨界轉(zhuǎn)矩 頻率變化時(shí)，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒保持氣隙磁通恒定： 定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子漏抗壓降。 常值2. 恒氣隙磁通控制2022/10/423保持氣隙磁通恒定： 定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 臨界轉(zhuǎn)差率 臨界轉(zhuǎn)矩 與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機(jī)械特性更硬。 2022/10/424轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 臨界轉(zhuǎn)差率 臨界轉(zhuǎn)矩 與恒定子磁通控制方式保持轉(zhuǎn)子磁通恒定： 定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子和轉(zhuǎn)子漏抗壓降。 常值3. 恒轉(zhuǎn)子磁通控制2022/

10、10/425保持轉(zhuǎn)子磁通恒定： 定子電壓除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 機(jī)械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。2022/10/426轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 機(jī)械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動(dòng)圖11-13 異步電動(dòng)機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性a）恒壓頻比控制b）恒定子磁通控制c）恒氣隙磁通控制 d）恒轉(zhuǎn)子磁通控制不同控制方式下的機(jī)械特性2022/10/427圖11-13 異步電動(dòng)機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性a）恒壓恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低

11、速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。不同控制方式的比較恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式可以獲得和直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。返回目錄2022/10/428恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬圖11-14 變頻器結(jié)構(gòu)示意圖a）交-直-交變頻器b）交-交變頻器 11.2 電力電子變壓變頻器2022/10/429圖11-14 變頻器結(jié)構(gòu)示意圖a）交-直-交變頻器11.2現(xiàn)代變頻器中用得最

12、多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡(jiǎn)稱PWM?；舅枷胧强刂颇孀兤髦须娏﹄娮悠骷拈_通或關(guān)斷，輸出電壓為幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣的高頻脈沖序列代替期望的輸出電壓。一、 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)2022/10/430現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制（Pulse W以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（Sinusoidal pulse Width Modula

13、tion，簡(jiǎn)稱SPWM）。二、 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù)2022/10/431以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望圖11-17 三相PWM逆變器雙極性SPWM波形a) 三相正弦調(diào)制波與雙極性三角載波b）、c）、d）三相電壓e）輸出線電壓f）電動(dòng)機(jī)相電壓2022/10/432圖11-17 三相PWM逆變器雙極性SPWM波形a) 普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分量，減少電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可以采用直接計(jì)算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。三、 消除指定諧波PWM(SHEPWM)圖11-18 變壓變頻器輸出的相電壓PWM波形2022/10/4

14、33普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分要消除第k次諧波分量，只須令基波幅值為所要求的電壓值2022/10/434要消除第k次諧波分量，只須令基波幅值為所要求的電壓值2022電流跟蹤PWM（CFPWM，Current Follow PWM）的控制方法是：在原來(lái)主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實(shí)際電流快速跟隨給定值。在穩(wěn)態(tài)時(shí)，盡可能使實(shí)際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。四、 電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)2022/10/435電流跟蹤PWM（CFPWM，Current Follow P圖11-19 電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖2022

15、/10/436圖11-19 電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖2022/10/圖11-20 電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)的三相電流波形與相電壓PWM波形電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高、響應(yīng)快，且易于實(shí)現(xiàn)。但功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。2022/10/437圖11-20 電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)的三相電流波形與相電壓PW把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來(lái)控制逆變器的工作，這種控制方法稱作“磁鏈跟蹤控制”，磁鏈軌跡的控制是通過(guò)交替使用不同的電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)的，所以又稱“電壓空間矢量PWM（SVPWM，Space Vector PWM）控制”。五、 電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制技術(shù)2022/10/

16、438把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來(lái)控制逆變 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時(shí)，三相合成矢量1. 空間矢量的定義2022/10/439 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時(shí)，三相合成矢量1. 空間以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值 在三相平衡正弦電壓供電時(shí)，若電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速已穩(wěn)定，則定子電流和磁鏈的空間矢量的幅值恒定，以電源角頻率為電氣角速度在空間作恒速旋轉(zhuǎn)。2022/10/440以電源角頻率為角速度作恒速旋轉(zhuǎn)的空間矢量，幅值 在三相平衡正 合成空間矢量表示的定子電壓方程式 忽略定子電阻壓降，定子合成電壓與合成磁鏈空間矢量的近似關(guān)系為或2. 電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系2

17、022/10/441 合成空間矢量表示的定子電壓方程式 忽略定子電阻壓降，定子當(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其空間矢量以恒速旋轉(zhuǎn)，磁鏈?zhǔn)噶宽敹说倪\(yùn)動(dòng)軌跡呈圓形（簡(jiǎn)稱為磁鏈圓）。定子磁鏈?zhǔn)噶慷ㄗ与妷菏噶?022/10/442當(dāng)電動(dòng)機(jī)由三相平衡正弦電壓供電時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子磁鏈幅值恒定，其圖11-22 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡圖11-23 電壓矢量圓軌跡2022/10/443圖11-22 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡圖11-233. PWM逆變器基本輸出電壓矢量8個(gè)基本空間矢量2個(gè)零矢量6個(gè)有效工作矢量2個(gè)零矢量2022/10/4443. PWM逆變器基本輸出電

18、壓矢量8個(gè)基本空間矢量2個(gè)零矢量圖11-24 基本電壓空間矢量圖基本電壓空間矢量圖2022/10/445圖11-24 基本電壓空間矢量圖基本電壓空間矢量圖2022k=1,2,3,4,5,6 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽?定子磁鏈?zhǔn)噶窟\(yùn)動(dòng)方向與電壓矢量相同。4. 正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)2022/10/446k=1,2,3,4,5,6 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽?定子磁鏈?zhǔn)笀D11-26 正六邊形定子磁鏈軌跡定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)軌跡為 2022/10/447圖11-26 正六邊形定子磁鏈軌跡定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)軌跡為 在基頻以下調(diào)速時(shí)，應(yīng)保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。 若直流側(cè)電壓恒定，則1越小時(shí)， t越大，勢(shì)必導(dǎo)致

19、增大。 在變頻的同時(shí)必須調(diào)節(jié)直流電壓，造成了控制的復(fù)雜性。2022/10/448 在基頻以下調(diào)速時(shí)，應(yīng)保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。增大 有效的方法是插入零矢量有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速度的矛盾。 當(dāng)零矢量作用時(shí)，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽勘砻鞫ㄗ哟沛準(zhǔn)噶客Ａ舨粍?dòng)。 2022/10/449 有效的方法是插入零矢量有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速 有效工作矢量作用時(shí)間 零矢量作用時(shí)間 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?022/10/450 有效工作矢量作用時(shí)間 零矢量作用時(shí)間 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?在直流電壓不變的條件下，要保持 輸出頻率越低，t越大，零矢量作用時(shí)間t0也越大，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留

20、的時(shí)間越長(zhǎng)。恒定，只要使t1為常數(shù)即可。2022/10/451 在直流電壓不變的條件下，要保持 輸出頻率越低，t越大，零按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個(gè)有效工作矢量合成期望的輸出矢量。5. 期望電壓空間矢量的合成基本思想 按6個(gè)有效工作矢量將電壓矢量空間分為對(duì)稱的六個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)2022/10/452按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個(gè)有效工作矢量合成圖11-27 電壓空間矢量的6個(gè)扇區(qū)2022/10/453圖11-27 電壓空間矢量的6個(gè)扇區(qū)2022/10/353 在一個(gè)開關(guān)周期 T0圖11-28 期望輸出電壓矢量的合成的作用時(shí)間 的作用時(shí)間 合成電壓矢量2022/

21、10/454 在一個(gè)開關(guān)周期 T0圖11-28 期望輸出電壓矢量的合成 由正弦定理可得解得 零矢量的作用時(shí)間 2022/10/455 由正弦定理可得解得 零矢量的作用時(shí)間 2022/10/3 兩個(gè)基本矢量作用時(shí)間之和應(yīng)滿足當(dāng) 輸出電壓矢量最大幅值 2022/10/456 兩個(gè)基本矢量作用時(shí)間之和應(yīng)滿足當(dāng) 輸出電壓矢量最大幅值 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時(shí)，三相合成矢量幅值 基波相電壓最大幅值 SPWM的基波線電壓最大幅值為 兩者之比 基波相電壓最大幅值 基波線電壓最大幅值 2022/10/457 當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時(shí)，三相合成矢量幅值 基波通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則，

22、來(lái)安排基本矢量和零矢量的作用順序，一般在減少開關(guān)次數(shù)的同時(shí)，盡量使PWM輸出波型對(duì)稱，以減少諧波分量。 6. SVPWM的實(shí)現(xiàn)2022/10/458通常以開關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則，來(lái)安排基本矢量和零矢量圖11-29 零矢量集中的SVPWM實(shí)現(xiàn)(1) 零矢量集中的實(shí)現(xiàn)方法2022/10/459圖11-29 零矢量集中的SVPWM實(shí)現(xiàn)(1) 零矢量集中圖11-30 零矢量分布的SVPWM實(shí)現(xiàn)(2) 零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法2022/10/460圖11-30 零矢量分布的SVPWM實(shí)現(xiàn)(2) 零矢量分散 在每個(gè)小區(qū)間內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛閳D11-31 期望的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 非基本電壓矢量，必須

23、用兩個(gè)基本矢量合成。7. SVPWM控制的定子磁鏈2022/10/461 在每個(gè)小區(qū)間內(nèi)，定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛閳D11-31 期望的定 為了產(chǎn)生 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?2022/10/462 為了產(chǎn)生 定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?2022/10/362圖11-32定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)的7步軌跡7步完成的定子磁鏈2022/10/463圖11-32定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)的7步軌跡7步完成的定子磁鏈2圖11-33 N=4時(shí)，實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 弧度內(nèi)實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 2022/10/464圖11-33 N=4時(shí)，實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E 圖11-34 定子旋轉(zhuǎn)磁鏈?zhǔn)噶寇壽E返回目錄 弧度內(nèi)實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶?/p>

24、軌跡 2022/10/465圖11-34 定子旋轉(zhuǎn)磁鏈?zhǔn)噶寇壽E返回目錄 由于系統(tǒng)本身沒(méi)有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流的作用，頻率設(shè)定必須通過(guò)給定積分算法產(chǎn)生平緩的升速或降速信號(hào)，11.3 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)1. 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2022/10/466由于系統(tǒng)本身沒(méi)有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流的作用，頻率設(shè)定必須通過(guò)給 電壓/頻率特性 當(dāng)實(shí)際頻率大于或等于額定頻率時(shí)，只能保持額定電壓不變。而當(dāng)實(shí)際頻率小于額定頻率時(shí)，一般是帶低頻補(bǔ)償?shù)暮銐侯l比控制。2022/10/467 電壓/頻率特性 當(dāng)實(shí)際頻率大于或等于額定頻率時(shí)，只能保持額圖11-40 轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2022/10/468圖11-40 轉(zhuǎn)速

25、開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2022/1圖11-41 數(shù)字控制通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件原理圖系統(tǒng)硬件包括： 主電路、驅(qū)動(dòng)電路、微機(jī)控制電路、信號(hào)采集與故障綜合電路。2. 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)返回目錄2022/10/469圖11-41 數(shù)字控制通用變頻器-異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件原11.4 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)1. 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想及規(guī)律轉(zhuǎn)差角頻率 轉(zhuǎn)差率s較小，轉(zhuǎn)矩可近似表示 2022/10/47011.4 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)1. 轉(zhuǎn)差頻 臨界轉(zhuǎn)差 最大轉(zhuǎn)矩（臨界轉(zhuǎn)矩）在保持氣隙磁通不變的前提下，可以通過(guò)控制轉(zhuǎn)差角頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩。 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想

26、2022/10/471 臨界轉(zhuǎn)差 最大轉(zhuǎn)矩（臨界轉(zhuǎn)矩）在保持氣隙磁通不變的前提下圖11-42 恒氣隙磁通控制的機(jī)械特性 用轉(zhuǎn)差頻率來(lái)控制轉(zhuǎn)矩。2022/10/472圖11-42 恒氣隙磁通控制的機(jī)械特性 用轉(zhuǎn)差頻率來(lái)控制 保持氣隙磁通恒定圖11-43 定子電壓補(bǔ)償控制的電壓頻率特性高頻時(shí)，近似呈線性；低頻時(shí)，呈非線性。2022/10/473 保持氣隙磁通恒定圖11-43 定子電壓補(bǔ)償控制的電壓頻 轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變，且 在不同的定子電流值時(shí)，按定子電壓補(bǔ)償控制的電壓頻率特性關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通恒定。 轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律2022/10/474 轉(zhuǎn)矩

27、基本上與轉(zhuǎn)差頻率成正比，條件是氣隙磁通不變，且 在不同圖11-44 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖2. 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及性能分析2022/10/475圖11-44 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原圖11-45 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性(1) 起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程可分為轉(zhuǎn)矩上升、恒轉(zhuǎn)矩升速與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段。2022/10/476圖11-45 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)速下降，正反饋內(nèi)環(huán)的作用使定子電壓頻率下降，但在外環(huán)的作用下，給定轉(zhuǎn)差頻率上升，定子電壓頻率上升，電磁轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速回升，到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)。

28、(2) 加載過(guò)程2022/10/477在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)速下降，正反饋內(nèi)環(huán)的作用使定子電壓頻率下 轉(zhuǎn)差角頻率與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速相加后得到定子頻率。在調(diào)速過(guò)程中，實(shí)際頻率隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速同步地上升或下降，加、減速平滑。 在動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)以對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)差頻率的最大轉(zhuǎn)矩起、制動(dòng)，并限制了最大電流，保證了在允許條件下的快速性。 返回目錄3. 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的特點(diǎn)2022/10/478 轉(zhuǎn)差角頻率與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速相加后得到定子頻率。在調(diào)速過(guò)程中，實(shí)際圖11-1 三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型ABCuAuBuC1uaubucabc異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。一、 異步電

29、動(dòng)機(jī)的三相數(shù)學(xué)模型11.5 異步電動(dòng)機(jī)坐標(biāo)變換2022/10/479圖11-1 三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型ABCuAuBuC1磁鏈方程1. 異步電動(dòng)機(jī)三相動(dòng)態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式2022/10/480磁鏈方程1. 異步電動(dòng)機(jī)三相動(dòng)態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式2022/1磁鏈方程，用分塊矩陣表示 式中2022/10/481磁鏈方程，用分塊矩陣表示 式中2022/10/381定子電感矩陣轉(zhuǎn)子電感矩陣電感矩陣2022/10/482定子電感矩陣轉(zhuǎn)子電感矩陣電感矩陣2022/10/382定、轉(zhuǎn)子互感矩陣變參數(shù)、非線性、時(shí)變 2022/10/483定、轉(zhuǎn)子互感矩陣變參數(shù)、非線性、時(shí)變 2022/10/383三相繞組電壓平

30、衡方程 2022/10/484三相繞組電壓平衡方程 2022/10/384將電壓方程寫成矩陣形式 2022/10/485將電壓方程寫成矩陣形式 2022/10/385把磁鏈方程代入電壓方程，得 電流變化引起的脈變電動(dòng)勢(shì)，或稱變壓器電動(dòng)勢(shì)定、轉(zhuǎn)子相對(duì)位置變化產(chǎn)生的與轉(zhuǎn)速成正比的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì) 2022/10/486把磁鏈方程代入電壓方程，得 電流變化引起的脈變電動(dòng)勢(shì)，或稱變（11-18） 轉(zhuǎn)矩方程的三相坐標(biāo)系形式2022/10/487（11-18） 轉(zhuǎn)矩方程的三相坐標(biāo)系形式 在一般情況下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式是 （6-19） 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，D = 0 ， K = 0 ，則2

31、022/10/488 在一般情況下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式是 （6-19三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型2022/10/489三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型2022/10/389上述方程組也可以寫成狀態(tài)方程形式把上述的數(shù)學(xué)模型用結(jié)構(gòu)圖表示出來(lái)，如下圖所示2022/10/490上述方程組也可以寫成狀態(tài)方程形式把上述的數(shù)學(xué)模型用結(jié)構(gòu)圖表示 異步電機(jī)的多變量非線性動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 (R+Lp)-1L1( )2( )1eruiTeTL npJp2022/10/491 異步電機(jī)的多變量非線性動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 (R+Lp)-1L1(可以證明：異步電動(dòng)機(jī)三相數(shù)學(xué)模型中存在一定的約束條件2. 異步電動(dòng)機(jī)三相原始模型的性質(zhì)非線性強(qiáng)耦合性非

32、線性變參數(shù)完全可以而且也有必要用兩相模型代替。2022/10/492可以證明：異步電動(dòng)機(jī)三相數(shù)學(xué)模型中存在一定的約束條件2. 異圖11-2 二極直流電動(dòng)機(jī)的物理模型F勵(lì)磁繞組 A電樞繞組 C補(bǔ)償繞組二、 坐標(biāo)變換1. 坐標(biāo)變換的基本思路2022/10/493圖11-2 二極直流電動(dòng)機(jī)的物理模型二、 坐標(biāo)變換1. 坐當(dāng)電刷位于磁極的中性線上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線始終被電刷限定在q軸位置上，其效果好象一個(gè)在q軸上靜止的繞組一樣。但它實(shí)際上是旋轉(zhuǎn)的，會(huì)切割d軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)，把這種等效的靜止繞組稱作“偽靜止繞組”。偽靜止繞組2022/10/494當(dāng)電刷位于磁極的中性線上時(shí)，電樞磁動(dòng)勢(shì)的軸線始終

33、被電刷限定在如果能將交流電動(dòng)機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電動(dòng)機(jī)的模式，分析和控制就可以大大簡(jiǎn)化。坐標(biāo)變換的基本思路在交流電動(dòng)機(jī)三相對(duì)稱的靜止繞組A、B、C中，通以三相平衡的正弦電流，所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。2022/10/495如果能將交流電動(dòng)機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電動(dòng)機(jī)的模式三相變量中只有兩相為獨(dú)立變量，完全可以也應(yīng)該消去一相。所以，三相繞組可以用相互獨(dú)立的兩相正交對(duì)稱繞組等效代替，等效的原則是產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相等。2022/10/496三相變量中只有兩相為獨(dú)立變量，完全可以也應(yīng)該消去一相。202兩相繞組，通以兩相平

34、衡交流電流，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。當(dāng)三相繞組和兩相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)大小和轉(zhuǎn)速都相等時(shí)，即認(rèn)為兩相繞組與三相繞組等效。三相繞組A、B、C和兩相繞組之間的變換，稱作三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系間的變換，簡(jiǎn)稱3/2變換。2. 三相-兩相變換（3/2變換）2022/10/497兩相繞組，通以兩相平衡交流電流，也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。2. 三圖11-3 三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系物理模型 2022/10/498圖11-3 三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系物理模型 2022/10圖11-5 三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢量2022/10/499圖11-5 三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢量202按照磁動(dòng)勢(shì)相等

35、的等效原則，三相合成磁動(dòng)勢(shì)與兩相合成磁動(dòng)勢(shì)相等。 寫成矩陣形式 按照變換前后總功率不變，匝數(shù)比為 2022/10/4100按照磁動(dòng)勢(shì)相等的等效原則，三相合成磁動(dòng)勢(shì)與兩相合成磁動(dòng)勢(shì)相等三相坐標(biāo)系變換到兩相正交坐標(biāo)系的變換矩陣 2022/10/4101三相坐標(biāo)系變換到兩相正交坐標(biāo)系的變換矩陣 2022/10/3兩相正交坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱2/3變換）的變換矩陣 2022/10/4102兩相正交坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱2/3變換）的變換矩陣 考慮到 也可以寫作 電壓變換陣和磁鏈變換陣與電流變換陣相同 2022/10/4103考慮到 也可以寫作 電壓變換陣和磁鏈變換陣與電流變換陣相同 兩個(gè)

36、匝數(shù)相等相互正交的繞組d、q，分別通以直流電流，產(chǎn)生合成磁動(dòng)勢(shì)F，其位置相對(duì)于繞組來(lái)說(shuō)是固定的。如果人為地讓包含兩個(gè)繞組在內(nèi)的鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，磁動(dòng)勢(shì)F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來(lái)，成為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。如果旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的大小和轉(zhuǎn)速與固定的交流繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相等，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。3. 靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換（2s/2r變換）2022/10/4104兩個(gè)匝數(shù)相等相互正交的繞組d、q，分別通以直流電流，產(chǎn)生合成當(dāng)觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，在他看來(lái)，d和q是兩個(gè)通入直流而相互垂直的靜止繞組。如果控制磁通的空間位置在d軸上，就和直流電動(dòng)機(jī)物理模型沒(méi)有本質(zhì)上的

37、區(qū)別了。繞組d相當(dāng)于勵(lì)磁繞組，q相當(dāng)于偽靜止的電樞繞組。從靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系dq的變換，稱作靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換，簡(jiǎn)稱2s/2r變換。2022/10/4105當(dāng)觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，在他看來(lái)，d和q是兩個(gè)圖11-4 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的物理模型2022/10/4106圖11-4 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的物理模型2圖11-6 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢量2022/10/4107圖11-6 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢旋轉(zhuǎn)正交變換靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換陣 2022/10/4108旋轉(zhuǎn)

38、正交變換靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換陣 20旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換陣 電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣與電流旋轉(zhuǎn)變換陣相同 返回目錄2022/10/4109旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換陣 電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)定子繞組是靜止的，只要進(jìn)行3/2變換就行了。轉(zhuǎn)子繞組是旋轉(zhuǎn)的，必須通過(guò)3/2變換和旋轉(zhuǎn)到靜止的變換，才能變換到靜止兩相正交坐標(biāo)系。一、靜止兩相正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型6.6 異步電動(dòng)機(jī)在正交坐標(biāo)系上的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4110異步電動(dòng)機(jī)定子繞組是靜止的，只要進(jìn)行3/2變換就行了。一、靜圖11-7 定子、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換1

39、. 定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/4111圖11-7 定子、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換1.電壓方程定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/4112電壓方程定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/311磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/4113磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10與三相原始模型相比，3/2變換減少了狀態(tài)變量的維數(shù)，簡(jiǎn)化了定子和轉(zhuǎn)子的自感矩陣。定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的3/2變換2022/10/4114與三相原始模型相比，3/2變換減少了狀態(tài)變量的維數(shù)，簡(jiǎn)化了定對(duì)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系作旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相

40、正交坐標(biāo)系的變換，使其與定子坐標(biāo)系重合，且保持靜止。用靜止的兩相轉(zhuǎn)子正交繞組等效代替原先轉(zhuǎn)動(dòng)的兩相繞組。2. 靜止兩相正交坐標(biāo)系中的矩陣方程2022/10/4115對(duì)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系作旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系到靜止兩相正交坐標(biāo)系的變換，使其電壓方程靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程2022/10/4116電壓方程靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程2022/10/3116磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程2022/10/4117磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程靜止兩相正交坐標(biāo)系中的方程2022/10/3旋轉(zhuǎn)變換改變了定、轉(zhuǎn)子繞組間的耦合關(guān)系，將相對(duì)運(yùn)動(dòng)的定、轉(zhuǎn)子繞組用相對(duì)靜止的等效繞組來(lái)代替，消除了定、轉(zhuǎn)子繞組間夾角對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響

41、。旋轉(zhuǎn)變換的優(yōu)點(diǎn)在于將非線性變參數(shù)的磁鏈方程轉(zhuǎn)化為線性定常的方程，但卻加劇了電壓方程中的非線性耦合程度，將矛盾從磁鏈方程轉(zhuǎn)移到電壓方程中來(lái)了，并沒(méi)有改變對(duì)象的非線性耦合性質(zhì)。2022/10/4118旋轉(zhuǎn)變換改變了定、轉(zhuǎn)子繞組間的耦合關(guān)系，將相對(duì)運(yùn)動(dòng)的定、轉(zhuǎn)子圖11-8 定子 、轉(zhuǎn)子 坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換a）定子 、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 b）旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4119圖11-8 定子 、轉(zhuǎn)子 坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換二、定子旋轉(zhuǎn)變換陣 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變換陣 二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4120定子旋轉(zhuǎn)變換陣 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)變換陣 二、旋轉(zhuǎn)

42、正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)電壓方程二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4121電壓方程二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/3磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/10/4122磁鏈方程轉(zhuǎn)矩方程二、旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2022/兩相旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的電壓方程中旋轉(zhuǎn)電勢(shì)非線性耦合作用更為嚴(yán)重，這是因?yàn)椴粌H對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)變換，對(duì)定子繞組也施行了相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變換旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的優(yōu)點(diǎn)在于增加了一個(gè)輸入量1，提高了系統(tǒng)控制的自由度。旋轉(zhuǎn)速度任意的正交坐標(biāo)系無(wú)實(shí)際使用意義，常用的是同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，將繞組中的交流量變?yōu)橹绷髁浚员隳M直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。

43、 返回目錄2022/10/4123兩相旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的電壓方程中旋轉(zhuǎn)電勢(shì)非線性耦合作用更為嚴(yán)重按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想通過(guò)坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動(dòng)機(jī)模型。仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)量，以實(shí)施控制。11.7 異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)2022/10/4124按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想11.7 異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁由于變換的是矢量，所以這樣的坐標(biāo)變換也可稱作矢量變換，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為矢量控制（Vector Control 簡(jiǎn)稱VC）系統(tǒng)。2022/10/

44、4125由于變換的是矢量，所以這樣的坐標(biāo)變換也可稱作矢量變換，相應(yīng)的將靜止正交坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量寫成復(fù)數(shù)形式旋轉(zhuǎn)正交dq坐標(biāo)系的一個(gè)特例是與轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。令d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?，稱作按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系，簡(jiǎn)稱mt坐標(biāo)系。一、 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程1. mt坐標(biāo)系2022/10/4126將靜止正交坐標(biāo)系中的轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量寫成復(fù)數(shù)形式一、 按轉(zhuǎn)子圖11-17 靜止正交坐標(biāo)系與按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系2022/10/4127圖11-17 靜止正交坐標(biāo)系與按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾蠟榱吮ＷCm軸與轉(zhuǎn)子磁

45、鏈?zhǔn)噶渴冀K重合，還必須使 2022/10/4128m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?022/10/3128狀態(tài)方程 2. mt坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程 2022/10/4129狀態(tài)方程 2. mt坐標(biāo)系中的狀態(tài)方程 2022/10/3由 導(dǎo)出mt坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度mt坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差定義為轉(zhuǎn)差角頻率 2022/10/4130由 導(dǎo)出mt坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度mt坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)角速度與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速mt坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 定子電流勵(lì)磁分量 定子電流轉(zhuǎn)矩分量 3. 定子電流的解耦2022/10/4131mt坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 定子電流勵(lì)磁分量 定子電流轉(zhuǎn)矩通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分解為勵(lì)磁分量和

46、轉(zhuǎn)矩分量，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵(lì)磁分量產(chǎn)生，電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積，實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦。在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型與直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型相當(dāng)。 2022/10/4132通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，轉(zhuǎn)子按轉(zhuǎn)子磁鏈定向僅僅實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦，電流的微分方程中仍存在非線性和交叉耦合。采用電流閉環(huán)控制，可有效抑制這一現(xiàn)象，使實(shí)際電流快速跟隨給定值。二、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想2022/10/4133按轉(zhuǎn)子磁鏈定向僅僅實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦，電流的微分方圖11-19 異步電動(dòng)機(jī)矢量變換及等效

47、直流電動(dòng)機(jī)模型2022/10/4134圖11-19 異步電動(dòng)機(jī)矢量變換及等效直流電動(dòng)機(jī)模型2022圖11-20 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖2022/10/4135圖11-20 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖2022/10/313圖6-21 簡(jiǎn)化后的等效直流調(diào)速系統(tǒng)2022/10/4136圖6-21 簡(jiǎn)化后的等效直流調(diào)速系統(tǒng)2022/10/313矢量控制系統(tǒng)就相當(dāng)于直流調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上可以與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。2022/10/4137矢量控制系統(tǒng)就相當(dāng)于直流調(diào)速系統(tǒng)。2022/10/3137圖11-22 電流閉環(huán)控制后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的電流閉環(huán)控

48、制方式2022/10/4138圖11-22 電流閉環(huán)控制后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向常用的電流閉環(huán)控制有兩種方法：1. 將定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量給定值施行2/3變換，得到三相電流給定值，采用電流滯環(huán)控制型PWM變頻器，在三相定子坐標(biāo)系中完成電流閉環(huán)控制。電流閉環(huán)控制2. 將檢測(cè)到的三相電流施行3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換，得到mt坐標(biāo)系中的電流反饋值，采用PI調(diào)節(jié)軟件構(gòu)成電流閉環(huán)控制，電流調(diào)節(jié)器的輸出為mt坐標(biāo)系中定子電壓給定值。反旋轉(zhuǎn)變換得到靜止兩相坐標(biāo)系的定子電壓給定值，再經(jīng)SVPWM控制逆變器輸出三相電壓。2022/10/4139常用的電流閉環(huán)控制有兩種方法：電流閉環(huán)控制2. 將檢測(cè)到的

49、三圖11-23 三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2022/10/4140圖11-23 三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2022圖11-24 定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2022/10/4141圖11-24 定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量閉環(huán)控制的矢量控制為了改善動(dòng)態(tài)性能，可以采用轉(zhuǎn)矩控制方式。常用的轉(zhuǎn)矩控制方式有兩種：轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制和在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出增加除法環(huán)節(jié)。四、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制方式2022/10/4142為了改善動(dòng)態(tài)性能，可以采用轉(zhuǎn)矩控制方式。四、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢圖11-25 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1. 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制2022/10/

50、4143圖11-25 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1. 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控圖6-26 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖2022/10/4144圖6-26 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖2022/10/圖11-27 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2. 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)2022/10/4145圖11-27 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2. 帶除法環(huán)圖6-28 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖 用除法環(huán)節(jié)消去對(duì)象中固有的乘法環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的動(dòng)態(tài)解耦。2022/10/4146圖6-28 帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)原理框圖 用除法環(huán)節(jié)消利用容易測(cè)得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號(hào)，借助于轉(zhuǎn)子磁鏈模型，

51、實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈的幅值與空間位置。在計(jì)算模型中，由于主要實(shí)測(cè)信號(hào)的不同，又分為電流模型和電壓模型兩種。五、 轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算2022/10/4147利用容易測(cè)得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號(hào)，借助于轉(zhuǎn)子磁鏈模型，實(shí)根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型叫做電流模型。在坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 1. 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/10/4148根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型圖11-29 在坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/10/4149圖11-29 在坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/在mt坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 2022/10/41

52、50在mt坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 2022/10/315圖11-30 在mt坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/10/4151圖11-30 在mt坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型2022/1上述兩種計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型都需要實(shí)測(cè)的電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)，不論轉(zhuǎn)速高低時(shí)都能適用。受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響。電動(dòng)機(jī)溫升和頻率變化都會(huì)影響轉(zhuǎn)子電阻，磁飽和程度將影響電感。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與位置信號(hào)失真，而反饋信號(hào)的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低，這是電流模型的不足之處。2022/10/4152上述兩種計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型都需要實(shí)測(cè)的電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)，不 根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁鏈變化率

53、的關(guān)系，取電動(dòng)勢(shì)的積分就可以得到磁鏈。 在坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型 2. 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型2022/10/4153 根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動(dòng)勢(shì)的積圖11-31 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型2022/10/4154圖11-31 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型2022/10/315 電壓模型包含純積分項(xiàng)，積分的初始值和累積誤差都影響計(jì)算結(jié)果，在低速時(shí)，定子電阻壓降變化的影響也較大。 電壓模型更適合于中、高速范圍，而電流模型能適應(yīng)低速。有時(shí)為了提高準(zhǔn)確度，把兩種模型結(jié)合起來(lái)。2022/10/4155 電壓模型包含純積分項(xiàng)，積分的初始值和累積誤差都影響計(jì)算結(jié)果 矢量控制系統(tǒng)中

54、，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和位置信號(hào)均由磁鏈模型計(jì)算獲得，受到電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響，造成控制的不準(zhǔn)確性。 采用磁鏈開環(huán)的控制方式，無(wú)需轉(zhuǎn)子磁鏈幅值，但對(duì)于矢量變換而言，仍然需要轉(zhuǎn)子磁鏈的位置信號(hào)，轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算仍然不可避免。 利用給定值間接計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的位置，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種方法稱為間接定向。六、磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)間接定向2022/10/4156 矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁鏈幅值和位置信號(hào)均由磁鏈模型計(jì)算獲得圖11-32 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)2022/10/4157圖11-32 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)2022/10/3 該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：1. 用定子電流轉(zhuǎn)矩分量和轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算轉(zhuǎn)差頻率

55、給定信號(hào)將轉(zhuǎn)差頻率給定信號(hào)加上實(shí)際轉(zhuǎn)速，得到坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度，經(jīng)積分環(huán)節(jié)產(chǎn)生矢量變換角。2022/10/4158 該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下：將轉(zhuǎn)差頻率給定信號(hào)加上實(shí)際轉(zhuǎn)速，得到2. 定子電流勵(lì)磁分量給定信號(hào)和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號(hào)之間的關(guān)系是靠式建立的，比例微分環(huán)節(jié)在動(dòng)態(tài)中獲得強(qiáng)迫勵(lì)磁效應(yīng)，從而克服實(shí)際磁通的滯后。2022/10/41592. 定子電流勵(lì)磁分量給定信號(hào)和轉(zhuǎn)子磁鏈給定信號(hào)之間的關(guān)系是 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場(chǎng)定向由磁鏈和電流轉(zhuǎn)矩分量給定信號(hào)確定，沒(méi)有用磁鏈模型實(shí)際計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈及其相位，所以屬于間接的磁場(chǎng)定向。 矢量控制方程中包含電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)，定向精度仍受參數(shù)變化的影響，磁鏈和電

56、流轉(zhuǎn)矩分量給定值與實(shí)際值存在差異，將影響系統(tǒng)的性能。2022/10/4160 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)的磁場(chǎng)定向由磁鏈和電流轉(zhuǎn)矩分量給1. 矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，需要電流閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)子磁鏈系統(tǒng)的控制對(duì)象是穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可以閉環(huán)控制，也可以開環(huán)控制。采用連續(xù)的PI控制，轉(zhuǎn)矩與磁鏈變化平穩(wěn)，電流閉環(huán)控制可有效地限制起、制動(dòng)電流。七、矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與存在的問(wèn)題2022/10/41611. 矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)七、矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與存在的問(wèn)題22. 矢量控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題 轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算精度受易于變化的轉(zhuǎn)子電阻的影響，轉(zhuǎn)子磁鏈的角度精度影響定向

57、的準(zhǔn)確性。需要進(jìn)行矢量變換，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)算量大。返回目錄2022/10/41622. 矢量控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題返回目錄2022/10/3162基本思想是根據(jù)定子磁鏈幅值偏差的正負(fù)符號(hào)和電磁轉(zhuǎn)矩偏差的正負(fù)符號(hào)，再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接選取合適的電壓空間矢量，減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉(zhuǎn)矩的偏差，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制。6.8 異步電動(dòng)機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)2022/10/4163基本思想6.8 異步電動(dòng)機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)2 使d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?一、定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用 電磁轉(zhuǎn)矩 定子磁鏈?zhǔn)噶康男D(zhuǎn)角速度 1. 按定子

58、磁鏈控制的模型2022/10/4164 使d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?一、定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁圖11-36 d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?022/10/4165圖11-36 d軸與定子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?022/10/316考慮到 按定子磁鏈控制的動(dòng)態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率2022/10/4166考慮到 按定子磁鏈控制的動(dòng)態(tài)模型轉(zhuǎn)差頻率2022/10/3 將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq按定子磁鏈定向，把電壓矢量沿dq軸分解。 d軸分量決定了定子磁鏈幅值的增減。 q軸分量決定定子磁鏈?zhǔn)噶康男D(zhuǎn)角速度，從而決定轉(zhuǎn)差頻率和電磁轉(zhuǎn)矩。2022/10/4167 將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq按定子磁鏈定向，把電壓矢量沿dq軸分解。2 兩電平PWM逆變器可輸出8個(gè)空間電壓矢量，6個(gè)有效工作矢