變頻器(第一章)矢量NEW1課件

基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的

矢量控制系統(tǒng)本節(jié)提要坐標變換的基本思路矢量控制系統(tǒng)的基本思路按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用轉(zhuǎn)子磁鏈模型轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)——直接矢量控制系統(tǒng)1精選課件

直流電機的物理模型

直流電機的數(shù)學模型比較簡單，先分析一下直流電機的磁鏈關(guān)系。圖1中繪出了二極直流電機的物理模型，圖中F為勵磁繞組，A為電樞繞組，C為補償繞組。F和C都在定子上，只有A是在轉(zhuǎn)子上。把F的軸線稱作直軸或d軸（directaxis），主磁通的方向就是沿著d軸的；A和C的軸線則稱為交軸或q軸（quadratureaxis）。一、坐標變換的基本思路2精選課件圖1二極直流電機的物理模型dqFACifiaic勵磁繞組電樞繞組補償繞組3精選課件

主極磁場在空間固定不動；由于換向器作用，電樞磁動勢的軸線始終被電刷限定在q軸位置上，其效果好象一個在q軸上靜止的繞組一樣。但它實際上是旋轉(zhuǎn)的，會切割d軸的磁通而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動勢，這又和真正靜止的繞組不同，通常把這種等效的靜止繞組稱作“偽靜止繞組”（pseudo-stationarycoils）。4精選課件雖然電樞本身是旋轉(zhuǎn)的，但其繞組通過換向器電刷接到端接板上，電刷將閉合的電樞繞組分成兩條支路。當一條支路中的導線經(jīng)過正電刷歸入另一條支路中時，在負電刷下又有一根導線補回來。

5精選課件分析結(jié)果電樞磁動勢的作用可以用補償繞組磁動勢抵消，或者由于其作用方向與d軸垂直而對主磁通影響甚微，所以直流電機的主磁通基本上唯一地由勵磁繞組的勵磁電流決定，這是直流電機的數(shù)學模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。6精選課件

交流電機的物理模型如果能將交流電機的物理模型（見下圖）等效地變換成類似直流電機的模式，分析和控制就可以大大簡化。坐標變換正是按照這條思路進行的。在這里，不同電機模型彼此等效的原則是：在不同坐標下所產(chǎn)生的磁動勢完全一致。7精選課件

眾所周知，交流電機三相對稱的靜止繞組A、B、C，通以三相平衡的正弦電流時，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速s（即電流的角頻率）順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。這樣的物理模型繪于下圖2a中。

8精選課件（1）交流電機繞組的等效物理模型ABCABCiAiBiCFωs圖2a三相交流繞組9精選課件

旋轉(zhuǎn)磁動勢的產(chǎn)生然而，旋轉(zhuǎn)磁動勢并不一定非要三相不可，除單相以外，二相、三相、四相、……等任意對稱的多相繞組，通以平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，當然以兩相最為簡單。10精選課件（2）等效的兩相交流電機繞組Fiiωs圖2b兩相交流繞組

11精選課件圖2b中繪出了兩相靜止繞組和，它們在空間互差90°，通以時間上互差90°的兩相平衡交流電流，也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢F。當圖a和b的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速都相等時，即認為圖2b的兩相繞組與圖2a的三相繞組等效。

12精選課件（3）旋轉(zhuǎn)的直流繞組與等效直流電機模型sFMTiMiTMT圖2c旋轉(zhuǎn)的直流繞組

13精選課件再看圖2c中的兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組d和q，其中分別通以直流電流id

和iq，產(chǎn)生合成磁動勢F，其位置相對于繞組來說是固定的。如果讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則磁動勢F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來，成為旋轉(zhuǎn)磁動勢。14精選課件把這個旋轉(zhuǎn)磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速也控制成與圖a和圖b中的磁動勢一樣，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。當觀察者也站到鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時，在他看來，d

和q是兩個通以直流而相互垂直的靜止繞組。如果控制磁通的位置在d

軸上，就和直流電機物理模型沒有本質(zhì)上的區(qū)別了。這時，繞組d相當于勵磁繞組，q相當于偽靜止的電樞繞組。

15精選課件

等效的概念

由此可見，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準則，圖2a的三相交流繞組、圖b的兩相交流繞組和圖c中整體旋轉(zhuǎn)的直流繞組彼此等效?；蛘哒f，在三相坐標系下的iA、iB

、iC，在兩相坐標系下的i、i和在旋轉(zhuǎn)兩相坐標系下的直流id、iq是等效的，它們能產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢。16精選課件有意思的是：就圖2c的d、q兩個繞組而言，當觀察者站在地面看上去，它們是與三相交流繞組等效的旋轉(zhuǎn)直流繞組；如果跳到旋轉(zhuǎn)著的鐵心上看，它們就的的確確是一個直流電機模型了。這樣，通過坐標系的變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機模型。17精選課件現(xiàn)在的問題是，如何求出iA、iB、iC與i、i和id、iq之間準確的等效關(guān)系，這就是坐標變換的任務。18精選課件2.三相--兩相變換（3/2變換）

現(xiàn)在先考慮上述的第一種坐標變換——在三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組、之間的變換，或稱三相靜止坐標系和兩相靜止坐標系間的變換，簡稱3/2變換。

19精選課件圖3中繪出了A、B、C和、兩個坐標系，為方便起見，取A軸和軸重合。設三相繞組每相有效匝數(shù)為N3，兩相繞組每相有效匝數(shù)為N2，各相磁動勢為有效匝數(shù)與電流的乘積，其空間矢量均位于有關(guān)相的坐標軸上。由于交流磁動勢的大小隨時間在變化著，圖中磁動勢矢量的長度是隨意的。20精選課件CAN2iN3iAN3iCN3iBN2iβ60o60oB圖3三相和兩相坐標系與繞組磁動勢的空間矢量

21精選課件

設磁動勢波形是正弦分布的，當三相總磁動勢與二相總磁動勢相等時，兩套繞組瞬時磁動勢在、軸上的投影都應相等，

22精選課件寫成矩陣形式，得（1）

23精選課件

考慮變換前后總功率不變，在此前提下，可以證明匝數(shù)比應為（2）

24精選課件代入式（1），得（3）

25精選課件令C3/2表示從三相坐標系變換到兩相坐標系的變換矩陣，則（4）

（5）

三相—兩相坐標系的變換矩陣26精選課件如果三相繞組是Y形聯(lián)結(jié)不帶零線，則有iA+iB+iC=0，或iC=iAiB。代入式（4）和（5）并整理后得（6）

27精選課件（7）

按照所采用的條件，電流變換陣也就是電壓變換陣，同時還可證明，它們也是磁鏈的變換陣。28精選課件3.兩相—兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換）

從圖2等效的交流電機繞組和直流電機繞組物理模型的圖b和圖c中從兩相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系d、q變換稱作兩相—兩相旋轉(zhuǎn)變換，簡稱2s/2r變換，其中s表示靜止，r表示旋轉(zhuǎn)。把兩個坐標系畫在一起，即得圖4。29精選課件iqsiniFssidcosididsiniqcosiβiqdq圖4兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標系與磁動勢（電流）空間矢量

30精選課件圖4中，兩相交流電流i、i和兩個直流電流id、iq產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速s旋轉(zhuǎn)的合成磁動勢Fs。由于各繞組匝數(shù)都相等，可以消去磁動勢中的匝數(shù)，直接用電流表示，例如Fs可以直接標成is。但必須注意，這里的電流都是空間矢量，而不是時間相量。31精選課件

d，q

軸和矢量Fs（is）都以轉(zhuǎn)速s旋轉(zhuǎn)，分量id、iq的長短不變，相當于d，q繞組的直流磁動勢。但、軸是靜止的，軸與d軸的夾角

隨時間而變化，因此is在、軸上的分量的長短也隨時間變化，相當于繞組交流磁動勢的瞬時值。由圖4可見，i、i和id、iq之間存在下列關(guān)系32精選課件

2s/2r變換公式33精選課件寫成矩陣形式，得

（8）

（9）

是兩相旋轉(zhuǎn)坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換陣。

式中

兩相旋轉(zhuǎn)—兩相靜止坐標系的變換矩陣34精選課件對式（8）兩邊都左乘以變換陣的逆矩陣，即得

(10)35精選課件(11)則兩相靜止坐標系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的變換陣是

電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣也與電流（磁動勢）旋轉(zhuǎn)變換陣相同。

兩相靜止—兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩陣36精選課件is(Fs)ssTiMMT令矢量is和d軸的夾角為s，已知id、iq，求is和s，就是直角坐標/極坐標變換，簡稱K/P變換（圖5）。4.直角坐標/極坐標變換（K/P變換）

圖5K/P變換空間矢量37精選課件顯然，其變換式應為

（12）（13）38精選課件當s在0°~90°之間變化時，tans的變化范圍是0~∞，這個變化幅度太大，很難在實際變換器中實現(xiàn)，因此常改用下列方式來表示s值39精選課件

（14）

式（14）可用來代替式（13），作為s的變換式。這樣40精選課件三相異步電動機在兩相坐標系上的

數(shù)學模型前已指出，異步電機的數(shù)學模型比較復雜，坐標變換的目的就是要簡化數(shù)學模型。異步電機數(shù)學模型是建立在三相靜止的ABC坐標系上的，如果把它變換到兩相坐標系上，由于兩相坐標軸互相垂直，兩相繞組之間沒有磁的耦合，僅此一點，就會使數(shù)學模型簡單了許多。41精選課件

異步電機在兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標系（dq坐

標系）上的數(shù)學模型

兩相坐標系可以是靜止的，也可以是旋轉(zhuǎn)的，其中以任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的坐標系為最一般的情況，有了這種情況下的數(shù)學模型，要求出某一具體兩相坐標系上的模型就比較容易了。

42精選課件

變換關(guān)系

設兩相坐標d軸與三相坐標A軸的夾角為s，而ps=dqs為dq坐標系相對于定子的角轉(zhuǎn)速，dqr為dq坐標系相對于轉(zhuǎn)子的角轉(zhuǎn)速。ABCFsdqssdq圖6任意兩相坐標變換空間矢量

43精選課件要把三相靜止坐標系上的電壓方程、磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程都變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系上來，可以先利用3/2變換將方程式中定子和轉(zhuǎn)子的電壓、電流、磁鏈和轉(zhuǎn)矩都變換到兩相靜止坐標系、上，然后再用旋轉(zhuǎn)變換陣C2s/2r將這些變量變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系dq上。44精選課件

變換過程具體的變換運算比較復雜，此處從略，需要時可參看相關(guān)參考文獻。ABC坐標系坐標系dq坐標系3/2變換C2s/2r45精選課件

矢量控制思想的引入異步電機的動態(tài)數(shù)學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，通過坐標變換，可以使之降階并化簡，但并沒有改變其非線性、多變量的本質(zhì)。需要高動態(tài)性能的異步電機調(diào)速系統(tǒng)必須在其動態(tài)模型的基礎上進行分析和設計，但要完成這一任務并非易事。經(jīng)過多年的潛心研究和實踐，有幾種控制方案已經(jīng)獲得了成功的應用，目前應用最廣的就是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)。46精選課件直流電機交流電機表達式一表達式二圖7異步電機矢量圖47精選課件二、矢量控制系統(tǒng)的基本思路

在坐標變換章節(jié)中已經(jīng)闡明，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準則，在三相坐標系上的定子交流電流iA、iB、iC

，通過三相/兩相變換可以等效成兩相靜止坐標系上的交流電流i、i，再通過同步旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系上的直流電流id和iq。48精選課件

如果觀察者站到鐵心上與坐標系一起旋轉(zhuǎn)，他所看到的便是一臺直流電機，可以控制使交流電機的轉(zhuǎn)子總磁通

r就是等效直流電機的磁通，如果把d軸定位于的方向上，稱作M（Magnetization）軸，把q軸稱作T（Torque）軸，則M繞組相當于直流電機的勵磁繞組，im相當于勵磁電流，T繞組相當于偽靜止的電樞繞組，it相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流。

49精選課件把上述等效關(guān)系用結(jié)構(gòu)圖的形式畫出來，便得到圖8。從整體上看，輸入為A，B，C三相電壓，輸出為轉(zhuǎn)速，是一臺異步電機。從內(nèi)部看，經(jīng)過3/2變換和同步旋轉(zhuǎn)變換，變成一臺由im和it輸入，由輸出的直流電機。50精選課件圖8異步電動機的坐標變換結(jié)構(gòu)圖3/2——三相/兩相變換;VR——同步旋轉(zhuǎn)變換;——M軸與軸（A軸）的夾角

3/2VR等效直流電機模型ABC

iAiBiCitimii異步電動機

異步電機的坐標變換結(jié)構(gòu)圖51精選課件

既然異步電機經(jīng)過坐標變換可以等效成直流電機，那么，模仿直流電機的控制策略，得到直流電機的控制量，經(jīng)過相應的坐標反變換，就能夠控制異步電機了。由于進行坐標變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標變換實現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)（VectorControlSystem），控制系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)如下圖所示。52精選課件

矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*mi*t

si*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiβimit~反饋信號異步電動機給定信號

圖9矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖53精選課件

在設計矢量控制系統(tǒng)時，可以認為，在控制器后面引入的反旋轉(zhuǎn)變換器VR-1與電機內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR抵消，2/3變換器與電機內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)抵消，如果再忽略變頻器中可能產(chǎn)生的滯后，則圖9中虛線框內(nèi)的部分可以完全刪去，剩下的就是直流調(diào)速系統(tǒng)了。54精選課件

設計控制器時省略后的部分控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*mi*t

si*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiβimit~反饋信號異步電動機給定信號

圖10簡化控制結(jié)構(gòu)圖55精選課件可以想象，這樣的矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜、動態(tài)性能上完全能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。56精選課件三、按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程及其

解耦作用問題的提出

上述只是矢量控制的基本思路，其中的矢量變換包括三相/兩相變換和同步旋轉(zhuǎn)變換。在前述動態(tài)模型分析中，進行兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標變換時，只規(guī)定了d，q兩軸的相互垂直關(guān)系和與定子頻率同步的旋轉(zhuǎn)速度，并未規(guī)定兩軸與電機旋轉(zhuǎn)磁場的相對位置，對此是有選擇余地的。57精選課件

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向現(xiàn)在d軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈矢量的方向，并稱之為M（Magnetization）軸，而q軸再逆時針轉(zhuǎn)90°，即垂直于轉(zhuǎn)子總磁鏈矢量，稱之為T（Torque）軸。這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系就具體規(guī)定為M，T坐標系，即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向（FieldOrientation）的坐標系。58精選課件

當兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時，應有（15）

59精選課件（16）

60精選課件

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向后的系統(tǒng)模型（16）代入M、T軸系的電壓矩陣方程式（15）,即得磁場定向的電壓基本方程，由第三、四行可分別得到（17）和（18）分別帶入（16）得：

61精選課件

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的意義式（19）表明，轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量無關(guān)，從這個意義上看，定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。式（19）還表明，r與ism之間的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，時間常數(shù)為轉(zhuǎn)子磁鏈勵磁時間常數(shù)，當勵磁電流分量ism突變時，r的變化要受到勵磁慣性的阻撓，這和直流電機勵磁繞組的慣性作用是一致的。62精選課件63精選課件由式（20）和式（19）可分別得轉(zhuǎn)差角頻率公式64精選課件式（21）是在任意選取的MT坐標內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩的表達式，無論對動態(tài)還是穩(wěn)態(tài)都是適用的式（22）是在已沿轉(zhuǎn)子磁場定向的特定MT坐標內(nèi)電磁轉(zhuǎn)矩表達式，在轉(zhuǎn)子磁場恒定或者變化時都適用。式（23）是在沿磁場定向的特定MT坐標內(nèi)轉(zhuǎn)子磁場恒定，即電機穩(wěn)態(tài)運行時的電磁轉(zhuǎn)矩表達式65精選課件式（19）、（24）和（22）構(gòu)成矢量控制基本方程式，按照這些關(guān)系可將異步電機的數(shù)學模型繪成圖11中的形式，圖中前述的等效直流電機模型（見圖8）被分解成和r

兩個子系統(tǒng)?？梢钥闯?，雖然通過矢量變換，將定子電流解耦成ism和ist兩個分量，但是，從和r

兩個子系統(tǒng)來看，由于T同時受到ist

和r

的影響，兩個子系統(tǒng)仍舊是耦合著的。66精選課件電流解耦數(shù)學模型的結(jié)構(gòu)3/2VR×圖11異步電動機矢量變換與電流解耦數(shù)學模型67精選課件

按照圖9的矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖模仿直流調(diào)速系統(tǒng)進行控制時，可設置磁鏈調(diào)節(jié)器AR和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR分別控制r

和，如圖12所示。為了使兩個子系統(tǒng)完全解耦，除了坐標變換以外，還應設法抵消轉(zhuǎn)子磁鏈r

對電磁轉(zhuǎn)矩Te

的影響。68精選課件電流控制變頻器÷異步電機矢量變換模型圖12矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖69精選課件

比較直觀的辦法是，把ASR的輸出信號除以r

，當控制器的坐標反變換與電機中的坐標變換對消，且變頻器的滯后作用可以忽略時，此處的（r

）便可與電機模型中的（r

）對消，兩個子系統(tǒng)就完全解耦了。這時，帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)可以看成是兩個獨立的線性子系統(tǒng)，可以采用經(jīng)典控制理論的單變量線性系統(tǒng)綜合方法或相應的工程設計方法來設計兩個調(diào)節(jié)器AR和ASR。70精選課件

應該注意，在異步電機矢量變換模型中的轉(zhuǎn)子磁鏈r

和它的定向相位角

都是實際存在的，而用于控制器的這兩個量都難以直接檢測，只能采用觀測值或模型計算值，在圖12中冠以符號“^”以示區(qū)別。71精選課件

解耦條件因此，兩個子系統(tǒng)完全解耦只有在下述三個假定條件下才能成立：①轉(zhuǎn)子磁鏈的計算值等于其實際值r

；②轉(zhuǎn)子磁場定向角的計算值等于其實際值；③忽略電流控制變頻器的滯后作用。

72精選課件四、轉(zhuǎn)子磁鏈模型

要實現(xiàn)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)，很關(guān)鍵的因素是要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信號，以供磁鏈反饋和除法環(huán)節(jié)的需要。開始提出矢量控制系統(tǒng)時，曾嘗試直接檢測磁鏈的方法，一種是在電機槽內(nèi)埋設探測線圈，另一種是利用貼在定子內(nèi)表面的霍爾元件或其它磁敏元件。73精選課件從理論上說，直接檢測應該比較準確，但實際上這樣做都會遇到不少工藝和技術(shù)問題，而且由于齒槽影響，使檢測信號中含有較大的脈動分量，越到低速時影響越嚴重。因此，現(xiàn)在實用的系統(tǒng)中，多采用間接計算的方法，即利用容易測得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號，利用轉(zhuǎn)子磁鏈模型，實時計算磁鏈的幅值與相位。利用能夠?qū)崪y的物理量的不同組合，可以獲得多種轉(zhuǎn)子磁鏈模型，具體見書中P106。

74精選課件五、轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)

——直接矢量控制系統(tǒng)

如前所述，在矢量控制系統(tǒng)中，主要依賴于對轉(zhuǎn)子磁鏈的檢測和觀察，不同的磁鏈觀察模型，需要對不同基本量（電壓、電流、轉(zhuǎn)速及指令參數(shù)等）的檢測，因而構(gòu)成了各種矢量控制系統(tǒng)75精選課件電流控制變頻器電流控制變頻器可以采用如下兩種方式：電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器（圖13a），帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器（圖13b）。帶轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)又稱直接矢量控制系統(tǒng)。76精選課件（1）電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器i*Ai*Bi*CiAiCiBABC圖13a電流控制變頻器77精選課件（2）帶電流內(nèi)環(huán)控制的電壓源型PWM變頻器i*Ai*Bi*CiAiCiBABC1ACR2ACR3ACRPWMu*Au*Bu*C圖13b電流控制變頻器78精選課件（3）轉(zhuǎn)速磁鏈閉環(huán)微機控制電流滯環(huán)型

PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)

另外一種提高轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)解耦性能的辦法是在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)增設轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，如下圖14所示。

圖中，作為一個示例，主電路采用了電流滯環(huán)跟蹤控制的CHBPWM變頻器。79精選課件VR-12/3LrATRASRAR電流變換和磁鏈觀測M3~TA+++cos

sin

isnpLmis*T*eTe*rrri*sti*smi*si*si*sAi*sBi*sCist電流滯環(huán)型PWM變頻器微型計算機圖14帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)

80精選課件

工作原理轉(zhuǎn)速正、反向和弱磁升速，磁鏈給定信號由函數(shù)發(fā)生程序獲得。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出作為轉(zhuǎn)矩給定信號，弱磁時它還受到磁鏈給定信號的控制。在轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)中，磁鏈對控制對象的影響相當于一種擾動作用，因而受到轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的抑制，從而改造了轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)，使它少受磁鏈變化的影響。81精選課件直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)概述直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)簡稱DTC(DirectTorqueControl)系統(tǒng)，是繼矢量控制系統(tǒng)之后發(fā)展起來的另一種高動態(tài)性能的交流電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。在它的轉(zhuǎn)速環(huán)里面，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。82精選課件一、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點系統(tǒng)組成圖6-1按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)83精選課件

結(jié)構(gòu)特點轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)：ASR的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號；設置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變化對轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和磁鏈子系統(tǒng)實現(xiàn)了近似的解耦。轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制器：用滯環(huán)控制器取代通常的PI調(diào)節(jié)器。84精選課件

控制特點

與VC系統(tǒng)一樣，它也是分別控制異步電動機的轉(zhuǎn)速和磁鏈，但在具體控制方法上，DTC系統(tǒng)與VC系統(tǒng)不同的特點是：1）轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰-砰控制器，并在PWM逆變器中直接用這兩個控制信號產(chǎn)生電壓的SVPWM波形，從而避開了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈分量，省去了旋轉(zhuǎn)變換和電流控制，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)。

85精選課件2）選擇定子磁鏈作為被控量，而不象VC系統(tǒng)中那樣選擇轉(zhuǎn)子磁鏈，這樣一來，計算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。如果從數(shù)學模型推導按定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時復雜，但是，由于采用了砰-砰控制，這種復雜性對控制器并沒有影響。86精選課件3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負載變化的動態(tài)過程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應，但必須注意限制過大的沖擊電流，以免損壞功率開關(guān)器件，因此實際的轉(zhuǎn)矩響應的快速性也是有限的。87精選課件

性能比較從總體控制結(jié)構(gòu)上看，直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)系統(tǒng)和矢量控制(VC)系統(tǒng)是一致的，都能獲得較高的靜、動態(tài)性能。88精選課件二、直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和反饋模型除轉(zhuǎn)矩和磁鏈砰-砰控制外，DTC系統(tǒng)的核心問題就是：轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈反饋信號的計算模型；如何根據(jù)兩個砰-砰控制器的輸出信號來選擇電壓空間矢量和逆變器的開關(guān)狀態(tài)。

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