講稿-高性能調(diào)速1

1、交流電動機高性能調(diào)速系統(tǒng)基礎知識基礎知識1. 電動機統(tǒng)一控制理論電動機統(tǒng)一控制理論 調(diào)速的任務是控制轉速，關鍵是轉矩控制。轉速只能通過轉矩控制，除轉矩外無其它量能影響轉速。調(diào)速系統(tǒng) LdTTdtdnGD3752基礎知識基礎知識轉矩響應若轉矩響應快，是一個小時間常數(shù)慣性(圖a)，很容易設計轉速調(diào)節(jié)器PI參數(shù)，使轉速環(huán)有良好動態(tài)性能。若轉矩響應慢，是一個振蕩環(huán)節(jié)(圖b)，轉速環(huán)動態(tài)性能不可能好?；A知識基礎知識要控制轉矩須知道轉矩與什么變量有關統(tǒng)一轉矩公式控制轉矩需控制任意二向量幅值及它們夾角。rscrmcscsmrsrsmdFFKFFKFFKT sinsinsin平行四邊形面積平行四邊形面積基礎

2、知識基礎知識2. 直流電動機控制直流電動機控制 矢量在空間靜止不動，定、轉子磁勢夾角固定，轉子磁勢幅值由勵磁電流控制，定子磁勢幅值由電樞電流控制。eamddrsarressiiKTiCFiCF90，基礎知識基礎知識3. 交流電動機控制交流電動機控制 交流電機三個矢量在空間以同步轉速旋轉，彼此相對靜止。標量控制和矢量控制 ： 標量控制：只控制矢量幅值和旋轉速度，不控制角度，動態(tài)差。 矢量控制：不僅控制幅值和旋轉速度，還控制角度，動態(tài)好。 基礎知識基礎知識V/F控制(標量控制) 穩(wěn)態(tài) 磁鏈 Y E/ f 高速 EV Y V/ f 通過V/ f 比控制Y ( ) 通后轉差控制 和 穩(wěn)態(tài)的幅值和角度，

3、從而控制轉矩。 轉矩增加，轉差逐漸加大，磁鏈幅值和角度慢慢加大，響應慢且有調(diào)超。cFrFsF基礎知識基礎知識V/F控制機械特性 注意： 低速時需補償壓降， 轉矩提升提高硬度， 弱磁后顛覆轉矩平方減小。 基礎知識基礎知識V/F控制的問題： 起動電流不好控制 起動初期電流有直流分量，阻礙起動 磁場建立慢，起動轉矩小 個別頻率段空載振蕩 動態(tài)性能差基礎知識基礎知識矢量控制概念矢量控制概念 既控制磁勢矢量幅值，又控制夾角。 第1步 選擇基準矢量，通常是Y Y ( 代表 )， 第2步 用電壓電流瞬時值，通過電機模型計算Y Y 幅值 及瞬時空間位置角(交流測量及計祘)， 第3步 根據(jù)轉矩給定和Y Y 幅值

4、計算另一矢量(定子電流 矢量 ，代表 )在Y Y上的投影及垂線高(直流 控制量計算)， 第4步 通過控制三相定子電流瞬時值，使實際定子電 流矢量等于其給定值(交流量控制) 。cFsisF基礎知識基礎知識 矢量控制過程示意圖 定子電壓電流在靜止坐標系上是交流量，在同步旋轉坐標系上是直流量。靜止系和旋轉系間的轉換需經(jīng)坐標變換，基礎是的位置角?；A知識基礎知識4. 坐標系及符號規(guī)定坐標系及符號規(guī)定(1) 坐標系 定子坐標系(靜止) R-S-T 和 轉子坐標系d-q 旋轉角頻率r 磁鏈坐標系 旋轉角頻率s21 (2) 符號規(guī)定符號規(guī)定 A. 變量變量上標下標變量名su1 edi變量名：變量名：i、u、

5、e、Y Y上標：繞組名上標：繞組名下標：坐標名下標：坐標名例如：例如： 表示定子電壓在表示定子電壓在 軸分量軸分量 表示轉子電流在表示轉子電流在 d 軸分量軸分量1 s r rs s sLB. 矢量矢量(以黑體表示以黑體表示)C. 角速度角速度：同步角速度，比例于定子頻率：同步角速度，比例于定子頻率：轉子角速度，比例于電動機轉速：轉子角速度，比例于電動機轉速：轉差角速度：轉差角速度D. 角度角度 磁鏈位置角磁鏈位置角 轉子位置角轉子位置角 負載角負載角E. 參數(shù)參數(shù)參數(shù)名參數(shù)名下標下標q q q q軸參數(shù)、軸參數(shù)、 漏（抗）、漏（抗）、h h 主（電主（電抗）抗） 下標下標: s: s 定子、

6、定子、r r 轉子、轉子、e e 勵磁、勵磁、D D 阻尼、阻尼、d d d d軸參數(shù)、軸參數(shù)、例例 Ddhdsxxr、21qd0( 磁鏈軸 )( 轉子軸 )( 定子軸 R軸 )sL基礎知識基礎知識5. 空間矢量概念空間矢量概念 空間旋轉磁勢(空間矢量)由三相分磁勢、三相定子電流生。 三相定子電流由三相電壓、電勢決定。 電機旋轉通過上述三相變量來控制。 需找出三相變量與空間合成矢量的關系 空間矢量概念。 ()ssiFsjsTjssjsRNeFeFeF120120032()120120032jsTjssjsReieieisi 磁勢空間矢量磁勢空間矢量 定子電流空間矢量定子電流空間矢量 ()120

7、120032jTjsjReAeAeAA空間矢量定義空間矢量定義( (數(shù)學定義數(shù)學定義) )磁鏈矢量磁鏈矢量 ；電勢矢量；電勢矢量e；電壓矢量電壓矢量u F和和 物理上存在物理上存在i 本身物理上不存在，但代表了物理上存在的磁本身物理上不存在，但代表了物理上存在的磁勢勢向量。向量。u，e 物理上不存在，只是運算中的符號，反映三相物理物理上不存在，只是運算中的符號，反映三相物理 量間關系。量間關系。 ( (公式和向量圖與電機學中相同，含義不同；空間關系；時間關系公式和向量圖與電機學中相同，含義不同；空間關系；時間關系) )。同步機勵磁電流向量同步機勵磁電流向量 定義：定義：方向方向 磁場繞組軸線磁

8、場繞組軸線幅值：幅值：dtdesYssssssedtdiLiRu eseeINNi32 iiiFFFescrs數(shù)學中空間矢量兩種表示方法：數(shù)學中空間矢量兩種表示方法：直角坐標：直角坐標：極坐標：極坐標： YXjAAAXAjAeA eseeINNi326. 坐標變換及矢量控制坐標變換及矢量控制 (1) 3/2和和2/3變換變換 3/2變換變換RAA ()sRAAA231 AAR()TRSAAA AAAT23213/2變換變換圖圖4-8 3 / 2和和2 / 3變換符號變換符號(2) 矢量回轉器矢量回轉器 已知已知A在在UV坐標軸上的分坐標軸上的分量和夾角量和夾角 ，求它在，求它在XY坐標坐標軸上

9、的分量，或反之。軸上的分量，或反之。 UX 圖圖4-13 在在U-V和和X-Y坐標系上的矢量坐標系上的矢量AUXVUXUXAAA sincosUXVUXUYAAA cossin圖圖4-14 矢量回轉器矢量回轉器(VD)符號符號(3) 矢量分析器矢量分析器VA：知：知A在在XY上分量，求模上分量，求模A和輻角和輻角 XA AAAAAAAYXAXXAYX sincos22圖圖4-15 在在X-Y坐標系上的矢量坐標系上的矢量A圖圖4-16 矢量分析器矢量分析器(VA)電路電路圖圖4-17 矢量分析器矢量分析器(VA)符號符號(4) 數(shù)字系統(tǒng)中的坐標變換數(shù)字系統(tǒng)中的坐標變換 極坐標法極坐標法圖圖6-9

10、 在在U-V和和X-Y坐標系上的矢量坐標系上的矢量A )/arccos()/arccos()/arccos(AAAAAAAAAAAUVUVUUAVU00022時時時時式中：式中：XAYXAXUXUAXAAAAA sincosVAVD)cos()cos()cos(3232 RATRASRARAAAAAA2/3變換變換異步機矢量控制系統(tǒng)異步機矢量控制系統(tǒng)1.異步機的氣隙磁鏈、定子異步機的氣隙磁鏈、定子磁鏈和轉子磁鏈磁鏈和轉子磁鏈 氣隙磁鏈 - 互感 定子磁鏈 - 定子全電感rsaiimmLLmLrsrssasiiiimsmsmLLLLL)(smsLLL異步機矢量控制系統(tǒng)異步機矢量控制系統(tǒng) 轉子磁鏈

11、 - 轉子全電感 忽略 項后 - 定轉子總漏感 不易測量，且 ，所以近似認為 rmrLLL rsLLLrsrsrariiiirmrmmLLLLL)(msrLLLssssriiLLLLLLLrmrsrm)()()(rLmrLLmrLL ssssriiLLLrs)(異步機矢量控制系統(tǒng)異步機矢量控制系統(tǒng)2. 異步機矢量控制原理異步機矢量控制原理 選擇 為基準矢量(按 定向)，按由 三個矢量組成的四邊形計算轉矩。 轉子磁鏈幅值 ( -轉子時間常數(shù)) 只與 有關，與 無關，實現(xiàn)解耦-按 定向的原因。rrrrsii,rmLLsmrrriLdtdT1srmidikT2Yrsi1si2rrrrrLT/異步機矢

12、量控制系統(tǒng)異步機矢量控制系統(tǒng)轉矩和磁鏈公式與直流機類似，通過控制 和 便可控制轉矩和磁鏈。si1si2異步機矢量控制系統(tǒng)異步機矢量控制系統(tǒng)轉速調(diào)節(jié)器輸出轉矩給定信號，除磁鏈Y得轉矩電流給定 ；根據(jù)磁鏈給定值，計算磁化電流給定 ，二者為直流量。經(jīng)二個直流電流調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，輸出直流定子電壓給定 ，經(jīng)極坐標VA，算出電壓給定矢量幅值 和幅角 (電壓給定矢量和磁鏈夾角)。電壓給定矢量和軸夾角用 和 經(jīng)極坐標2/3變換得三相交流電壓給定 ，送至PWM形成環(huán)節(jié)。 *2si*1si*sU*sU u*2*1,ssuu1.usuu1.TSRsu.*異步機矢量控制系統(tǒng)異步機矢量控制系統(tǒng)磁鏈幅值 和位置角 用電機模型計算。電壓模型MV 原理 再用極坐標VA計算幅值和位置角。低速時電勢值小，MV誤差大，只能用于5以上。問題：純積分漂移； 采樣滯后。rsdte)()(dtdiLiruedtedtdiLiruedtesssrrrrsssrrrr異步機矢量控制系統(tǒng)異步機矢量控制系統(tǒng)西門子的MVYYdtedtesssss/21圖圖6-12 數(shù)字系統(tǒng)電壓模型在恒磁時的仿真結數(shù)字系統(tǒng)電壓模型在恒磁時的仿真結c) 新模型，加新模型，加 補償補償a) 傳統(tǒng)模型；傳統(tǒng)模型；b) 新模型，未加新模型，未加 補償；補償；s s 異步機矢量控制系統(tǒng)異步機矢量控制系統(tǒng)異步機電