交流電動機矢量控制

交流電動機矢量控制精選ppt6.2空間矢量6.3坐標變換6.5矢量控制6.1交流電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型6.4兩相坐標系的數(shù)學(xué)模型6.6轉(zhuǎn)速估算精選ppt6.1交流電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型6.1.1磁鏈方程式6.1.2電壓方程式6.1.3轉(zhuǎn)矩方程式精選ppt三相交流電動機ABC坐標系圖6-1ABC坐標系和正方向精選ppt假定：（1）三相定子繞組A、B、C及三相轉(zhuǎn)子繞組a、b、c在空間對稱分布，各相電流產(chǎn)生的磁勢在氣隙中呈正弦分布；（2）無論籠型轉(zhuǎn)子或繞線轉(zhuǎn)子，都被等效成三相繞線轉(zhuǎn)子；（3）不計磁路飽和及鐵心損耗的影響；（4）不計溫度和頻率變化對電機參數(shù)的影響。（5）規(guī)定各繞組的電壓、電流和磁鏈的正方向符合右手螺旋定則和電動機慣例。精選ppt基本概念：磁鏈：電流與電感的乘積表示磁鏈，即Ψ=Li。磁鏈與產(chǎn)生它的電流和磁勢有關(guān)；磁鏈的變化可在被磁鏈交鏈的繞組中產(chǎn)生電勢。磁勢：閉合回路的總磁勢等于該閉合回路所包圍的總安匝數(shù)，F(xiàn)=Wi。電流產(chǎn)生磁勢，磁勢產(chǎn)生磁通。磁通：穿過某一截面積S的磁感應(yīng)向量B的通量稱為該截面積的磁通，Φ=。磁密：磁場中各點的磁感應(yīng)可以通過磁感應(yīng)向量線的疏密程度來表示，B。磁導(dǎo)：磁通除以磁勢，Λ=Φ/F。精選ppt定義等效條件設(shè)三相異步電動機定子和轉(zhuǎn)子各有一個等效的整距、集中線圈1和2，它們產(chǎn)生的基波磁勢分別與實際定、轉(zhuǎn)子一相繞組產(chǎn)生的基波勢相等。因此它們的有效匝數(shù)分別為：（6-1）式中：W1，W2——定、轉(zhuǎn)子繞組每相串聯(lián)匝數(shù)；kW1，kW2——定、轉(zhuǎn)子繞組的基波繞組系數(shù)；p——電動機的極對數(shù)。精選ppt6.1.1磁鏈方程式1.兩線圈的主磁鏈（6-2）磁鏈等于導(dǎo)電線圈匝數(shù)N與穿過該線圈各匝的平均磁通量的乘積，故又稱磁通匝。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當磁通隨時間變化時，在線圈中將產(chǎn)生（6-3）感應(yīng)電動勢。該電動勢等于磁鏈隨時間變化率的負值。式中，電動勢與磁鏈的方向的選取符合右手螺旋定則。精選ppt當定子線圈1通入電流時，氣隙磁密為正弦波，其幅值為：

（6-4）是極距，則由于氣隙磁密波形為正弦，線圈1產(chǎn)生的每極平均磁通為：設(shè)是導(dǎo)體長度，是氣隙平均半徑，是氣隙平均半徑，是極對數(shù)，（6-5）為氣隙磁導(dǎo)，當不計鐵心磁阻時，氣隙磁導(dǎo)是一個常數(shù)。（1）兩線圈軸線重合的磁鏈精選ppt磁通與線圈2交鏈的磁鏈為：（6-6）

L21：為1、2兩線圈軸線重合時的主互感同理，若線圈1中通電流，在線圈2中產(chǎn)生的磁鏈為：（6-7）由于磁路對稱，不計磁路飽和時，為常數(shù)。精選ppt（2）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時兩線圈的磁鏈由于轉(zhuǎn)子線圈2是旋轉(zhuǎn)的，它的軸線與定子線圈1軸線間的夾角θ將隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角而變化。這時兩線圈的磁鏈將隨θ角而變化。由于線圈的電感是單位電流的磁鏈，所以兩線圈之間的主互感也隨θ角變化。精選pptA:當線圈2通電流i2時產(chǎn)生一個幅值為F2=N2i2的正弦波磁勢（磁勢幅值位于線圈2的軸線上），可以把這個正弦波磁勢分解為兩個相距90?電角度的磁勢。

一個磁勢的幅值為F2sinθ,距線圈1軸線90?空間電角度

另一磁勢的幅值為F2cosθ,位于線圈1的軸線上

圖6-2磁勢的分解及主磁鏈精選pptB:從產(chǎn)生磁鏈的效果看，軸距角為θ、幅值為F2的正弦波磁勢：等效于θ=0而幅值為F2cosθ的正弦波磁勢。線圈1的磁鏈Ψ12可表示為：主互感：為兩線圈軸夾角θ的函數(shù)，它等于兩線圈軸線重合時的主互感L12乘以兩軸線夾角θ（電角度）的余弦。(7-6)精選ppt2．定轉(zhuǎn)子的漏磁鏈（6-9）式中：為線圈的漏感。漏磁鏈：定、轉(zhuǎn)子繞組的自身磁勢產(chǎn)生的，并鏈于自身的磁鏈，稱為漏磁鏈。精選ppt3.定子三相繞組的磁鏈定子A相繞組總磁鏈由三種磁鏈組成：（1）漏磁鏈（2）由定子三相電流產(chǎn)生的主磁鏈（3）由轉(zhuǎn)子三相電流產(chǎn)生的主磁鏈（6-10）精選pptA相總磁鏈：（6-11）式中，

—定子繞組的漏感；—定子繞組間的主自感；—定、轉(zhuǎn)子繞組間的主互感。精選ppt同理可得B相和C相總磁鏈：式（6-11）~（6-13）就是三相繞組對稱、氣隙均勻時，定子繞組磁鏈的基本方程式（6-12）（6-13）精選ppt4.轉(zhuǎn)子三相繞組的磁鏈和定子一樣，可寫出三相轉(zhuǎn)子總磁鏈：（6-14）（6-15）（6-16）式（6-15）~（6-16）是三相對稱轉(zhuǎn)子繞組，氣隙均勻時的磁鏈基本方程式。精選ppt5．三相異步電動機磁鏈的矩陣方程式把式（6-11）~（6-16）六個磁鏈方程式合起來寫成矩陣形式，可得：（6-17）寫成簡單形式：結(jié)論：電動機的磁鏈等于電感乘以電流。由于上述矩陣中含有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，所以是時變矩陣。（6-18）精選ppt6.1.2電壓方程式對于三相定子繞組可寫出如下電壓方程式：（6-19）轉(zhuǎn)子電壓方程式為：（6-20）精選ppt將以上二式寫成矩陣形式，并用微分算子代替微分運算符號，則有（6-21）式（6-21）還可寫成簡單形式：（6-22）把式（6-18）代入式（6-22）經(jīng)求導(dǎo)運算得（6-23）精選ppt式（6-23）等號右邊第一項為繞組電阻壓降矩陣，第二項是由電流變化引起的變壓器電勢矩陣，第三項是運動電勢矩陣，或稱旋轉(zhuǎn)電勢矩陣，它是由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。精選ppt6.1.3轉(zhuǎn)矩方程式1.電磁轉(zhuǎn)矩方程式（1）能量平衡方程式三相電動機的定子A相繞組和轉(zhuǎn)子a相繞組的電路示意圖如圖6-3所示。圖6-3一相電動機定轉(zhuǎn)子電路示意圖精選ppt（6-24）——某段時間內(nèi)扣除電阻損耗而輸入到各繞組的凈電能——磁場能量增加量——輸出的有效機械能量與機械損耗的能量之和將式（6-24）寫成微分形式，即在時間內(nèi)有（6-25）由能量守恒定律得：精選ppt（2）機械能增量（6-26）（3）電能增量（6-27）為便于分析，定子電感：；轉(zhuǎn)子電感定轉(zhuǎn)子繞組之間的互感，不計鐵心飽和，、、、均為常數(shù)，且精選ppt（4）磁能增量如果電動機轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動，即角位移為某一常數(shù)值，此時，各電感的增量，此時機械增量為零。所以時間內(nèi)輸入的凈電能增量全都轉(zhuǎn)變?yōu)椤?/p>

磁場儲能的增量，由式（6-67）可得磁能增量為：（6-28）將上式積分得磁場儲為：（6-29）精選ppt如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動和各電感的增量均不為零，則磁場儲能會因電流，則由式（6-69），磁場儲能的增量為及角位移發(fā)生變化而變化。設(shè)在時間內(nèi)電流變化了，角位移變化了（6-30）精選ppt（5）電磁轉(zhuǎn)矩公式根據(jù)式（6-25）及式（6-26）有（6-31）將式（6-27）及式（6-30）代入式（6-31），可導(dǎo)出轉(zhuǎn)矩公式：（6-32）精選ppt寫為矩陣形式：（6-33）由于均為常數(shù)，、、、均為零，則式（6-33）可簡化為：（6-34）精選ppt對于三相異步電動機，定、轉(zhuǎn)子各有三個等效的相繞組，根據(jù)式（6-34），可導(dǎo)出三相異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩：（6-35）式中：代入式（6-35）并展開后，得：（6-36）精選ppt6．運動方程式按照電動機慣例規(guī)定正方向，交流電動機運動方程式可表示為：式中，——機械負載轉(zhuǎn)矩；——轉(zhuǎn)動慣量；——旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)；——扭轉(zhuǎn)彈性常數(shù)；——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的機械角度。（6-37）精選ppt6.2空間矢量6.2.1空間矢量的定義6.2.2空間矢量的變換6.2.3異步電動機空間矢量方程式

精選ppt6.2空間矢量6.2.1空間矢量的定義精選ppt圖6-4空間復(fù)平面和單位矢量實軸：在垂直于電機軸的平面上取定子A相繞組線為實軸虛軸：引前實軸90°為虛軸精選ppt今取A軸為參考軸，則A軸的單位矢量為，B軸的單位矢量為，C軸的單位矢量為，如式6-38所示。（6-38）這三個軸上的單位矢量之間有如下關(guān)系（6-39）精選ppt取定子A軸為參考軸，則三相時間變量、、的空間矢量可表示為

（6-40）為了方便空間矢量與瞬時量之間的變換，在定義空間矢量的同時，也定義一個零軸分量，即：（6-41）關(guān)于和有以下幾種取值方法：和時，為功率不變變換，也就是坐標變換前和坐標變換后，功率不變。

和時，為幅值不變變換，也就是坐標變換前和坐標變換后，空間矢量的幅值與單個變量的幅值相同。精選ppt為了更好地理解空間矢量，下面以求異步電動機定子磁勢空間矢量為例，來說明其物理意義。精選ppt精選ppt精選ppt6.2.2空間矢量的變換圖6-6空間矢量的變換精選ppt精選ppt6.2.3異步電動機空間矢量方程式1.定子磁鏈空間矢量方程式精選ppt精選ppt2.轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量方程式精選ppt精選ppt3.定子電壓空間矢量方程式精選ppt4.轉(zhuǎn)子電壓空間矢量方程式

精選ppt精選ppt5.用空間矢量表示的異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩方程精選ppt6.3異步電動機的坐標變換6.3.1坐標變換的意義在電機理論中，為簡化電機基本方程式的求解，常采用變量變換的方法，即用一組新變量（如電壓、電流等）代替基本方程式中的實際變量。這種變量變換就是坐標變換。精選ppt（6-66）（6-67）精選ppt精選ppt圖6-7異步電動機定子電流坐標變換的意義

精選ppt6.3.23相/6相坐標變換的一般公式圖6-8ABC坐標系與xy坐標系的變換

精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt6.3.33相/2相之間的靜止變換精選ppt精選ppt精選ppt6.3.42相/2相之間的旋轉(zhuǎn)變換精選ppt精選ppt6.3.53相/2相之間的旋轉(zhuǎn)變換精選ppt得：（6-92）精選ppt精選ppt6.3.6直角坐標系與極坐標系之間的變換精選ppt圖6-11直角坐標系與極坐標系之間的變換圖中所示是按上式構(gòu)成的直角坐標/極坐變換器（K/P變換器）框圖。精選ppt6.4異步電動機在兩相坐標系上的數(shù)學(xué)模型6.4.1異步電動機在任意兩相坐標系上的數(shù)學(xué)模型精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt6.4.2異步電動機在兩相靜止坐標系上的數(shù)學(xué)模型精選ppt精選ppt6.4.3異步電動機在轉(zhuǎn)子兩相旋轉(zhuǎn)坐標系上的數(shù)學(xué)模型精選ppt精選ppt6.4.4異步電動機在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的數(shù)學(xué)模型精選ppt精選ppt精選ppt6.5異步電動機的矢量控制6.5.1矢量控制的基本思想精選ppt圖6-12他勵直流電動機工作原理他勵直流電動機是一種動態(tài)性能很好的電氣傳動裝置。由于其結(jié)構(gòu)上的特點，所以它的電磁轉(zhuǎn)矩和磁場都很容易控制可以用圖中等效模型來代替實際的他勵直流電動機。精選ppt籠型轉(zhuǎn)子異步電動機的原理圖和等效變換后的原理圖如圖所示精選ppt精選ppt精選ppt圖6-14異步電動機矢量控制系統(tǒng)的原理框圖應(yīng)用空間矢量和坐標變換，仿效直流電動機調(diào)速系統(tǒng)，可以形成異步電動機矢量控制系統(tǒng)的原理框圖。如果將虛框中的內(nèi)容刪除，則就是典型的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。精選ppt6.5.2異步電動機的矢量控制原理精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt6.5.3轉(zhuǎn)子磁鏈模型計算圖6-16轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制圖精選ppt1.電壓模型法電壓模型法主要應(yīng)用定子電壓和定子電流的檢測值，根據(jù)異步電動機在兩相靜止坐標系下的數(shù)學(xué)模型來計算轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量的幅值和相角。精選ppt精選ppt精選ppt圖6-17電壓模型法轉(zhuǎn)子磁鏈運算電路框圖精選ppt6．電流模型法電流模型法主要應(yīng)用定子電流和速度的檢測值，根據(jù)異步電動機在兩相靜止坐標系下的數(shù)學(xué)模型來計算轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量的幅值和相角。

精選ppt精選ppt圖6-18電流模型法轉(zhuǎn)子磁鏈運算電路框圖精選ppt3．轉(zhuǎn)差頻率模型法精選ppt圖6-19轉(zhuǎn)差頻率模型法轉(zhuǎn)子磁鏈運算電路框圖精選ppt6.5.4異步電動機矢量控制系統(tǒng)1.基于電壓模型法的電壓型SPWM矢量控制系統(tǒng)圖6-20基于電壓模型法的電壓型SPWM矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁鏈的計算基于電壓模型法；轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，磁鏈閉環(huán)調(diào)節(jié)；M為異步電動機，TG為轉(zhuǎn)速測量裝置。精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt精選ppt6.基于電流模型法的電壓型SPWM矢量控制系統(tǒng)圖6-21基于電流模型法的交直交電壓型SPWM矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁鏈的計算基于電流模型法，轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，磁鏈閉環(huán)調(diào)節(jié)。M為異步電動機，TG為轉(zhuǎn)速測量裝置。精選ppt精選ppt3.基于轉(zhuǎn)差頻率模型法的電壓型SVPWM矢量控制系統(tǒng)圖6-22基于轉(zhuǎn)差頻率模型法的交直交電壓型SVPWM矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁鏈的計算基于轉(zhuǎn)差頻率模型法，轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，磁鏈閉環(huán)調(diào)節(jié)。M為異步電動機，TG為轉(zhuǎn)速測量裝置。精選ppt精選ppt4.基于電流模型法的電流型矢量控制系統(tǒng)圖6-23基于電流模型法的交直交電流型矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子磁鏈的計算基于電流模型法，轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)節(jié)，磁鏈閉環(huán)調(diào)節(jié)。M為異步電動機，TG為轉(zhuǎn)速測量裝置。精選ppt精選ppt精選ppt