第三章交流電機矢量控制-轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)和各種矢量控制方法課件

第四章

交流電機矢量控制-1轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)和各種矢量控制方法王軍 教授西華大學 電氣信息學院三、轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)1.

工作原理:異步電機穩(wěn)態(tài)運行時電磁轉(zhuǎn)矩為22.轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成3轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成4在轉(zhuǎn)差頻率控制中，采用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，電機給定角速度ω*信號與來自電機轉(zhuǎn)速傳感器的

反饋信號ω進行比較，其誤差信號經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器并限幅以后得到給定轉(zhuǎn)差角頻率。限幅的主要目的在于限制轉(zhuǎn)差角頻率，使電機可以用逆變器容許電流下的最大轉(zhuǎn)矩進行加減速運轉(zhuǎn)，所以不需要設(shè)定加減速時間，就能以最短的時間內(nèi)實現(xiàn)加減速。系統(tǒng)的其他部分與V/F控制方式相同。轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)56轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)工作原理:異步電機穩(wěn)態(tài)運行時電磁轉(zhuǎn)矩為7轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成8在轉(zhuǎn)差頻率控制中，采用轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，電

機給定角速度ω*信號與來自電機轉(zhuǎn)速傳感器的反饋信號ω進行比較，其誤差信號經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器并限幅以后得到給定轉(zhuǎn)差角頻率。限幅的主要目的在于限制轉(zhuǎn)差角頻率，使電機可以用逆變器容許電流下的最大轉(zhuǎn)矩進行加減速運轉(zhuǎn)，所以不需要設(shè)定加減速時間，就能以最短的時間內(nèi)實現(xiàn)加減速。系統(tǒng)的其他部分與V/F控制方式相同。轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)構(gòu)成9轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)1011轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)12轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)13轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的特點:優(yōu)點:

采用轉(zhuǎn)速閉環(huán);

在動態(tài)過程中,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和,系統(tǒng)快速性好.缺點:控制規(guī)律是從電機穩(wěn)態(tài)電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā).不能保持磁通恒定.四、幾種典型異步電機矢量控制原理14異步電機數(shù)學模型一般對三相異步電機做如下理想化假定：電機定轉(zhuǎn)子三相繞組完全對稱；定轉(zhuǎn)子表面光滑，無齒槽效應，定轉(zhuǎn)子每相氣隙磁動勢在空間呈正弦分布；磁飽和、渦流及鐵心損耗忽略不計。對異步電機而言urd

=

urq

=

01516(一)轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制原理17d-q坐標系放在同步旋轉(zhuǎn)磁場上，把靜止坐標系中的各交流量轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)坐標

系中的直流量，并使d軸與轉(zhuǎn)子磁場方向重合，此時轉(zhuǎn)子磁通q軸分量為零（Ψrq

=

0

）。此時，派克方程可表示為18整理后可得其中,

漏磁系數(shù)

σ=1-Lm2/(LSLr)

；τr=Lr

/

Rr

為轉(zhuǎn)子時間常數(shù)。式（4-9）～式（4-11）為轉(zhuǎn)子磁通定向矢量控制方程式。19轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制原理20矢量控制技術(shù)最初就是基于這一原理實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)

矩的解耦控制的，目前大多數(shù)矢量控制系統(tǒng)仍采用

此方法。這種帶有轉(zhuǎn)子磁通反饋的矢量控制系統(tǒng)，

也稱為直接轉(zhuǎn)子磁通定向矢量控制，其優(yōu)點是系統(tǒng)

達到了完全的解耦控制，缺點是磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)

中轉(zhuǎn)子磁通的檢測精度受轉(zhuǎn)子時間常數(shù)的影響較大，在某種程度上影響了系統(tǒng)的性能。21(二)轉(zhuǎn)差頻率矢量控制原理22轉(zhuǎn)差頻率矢量控制（即間接磁場定向的矢量控制系統(tǒng)），采用磁鏈開環(huán)控制方式，由于不需

要檢測轉(zhuǎn)子磁鏈，因而檢測方式簡單，容易實現(xiàn)。如果在控制過程中,只要能使電機定子轉(zhuǎn)子或氣隙磁場中有一個始終保持不變,電機的轉(zhuǎn)矩就和穩(wěn)態(tài)工作時一樣,主要由轉(zhuǎn)差頻率決定?；究刂品椒?給定希望的 后通過式子 可以算出d軸電流，因此也稱定子電流的d軸分量為勵磁分量，定子電流的q軸分量為轉(zhuǎn)矩分量．由派克方程，當恒定時，電磁轉(zhuǎn)矩和電流的q軸分量或轉(zhuǎn)差成正比，沒有最大值限制，通過控制定子電流的q軸分量即可控制電磁轉(zhuǎn)矩。23控制原理算法為：Is和θs

的計算2425特點:26轉(zhuǎn)差頻率矢量控制方法應該比較適合低速運行的系統(tǒng)。當然，在實際中這種方

法廣泛運用于許多接近零速運行的系統(tǒng)中。缺點:對轉(zhuǎn)子時間常數(shù)比較敏感.

27通常，轉(zhuǎn)子磁通的檢測精度受電機

參數(shù)影響較大；氣隙磁通雖可利用磁通

傳感線圈或霍爾元件直接測量，精度較

高，但一般情況下，不希望附加這些檢

測元件，而是希望通過機端檢測的電壓、電流量計算出所需磁通，同時降低轉(zhuǎn)子

參數(shù)對檢測精度的影響。由此基于定子

磁場定向的矢量控制方法應運而生。(三)

定子磁場定向的矢量控制這種控制方法是將參考坐標的d軸放在定子磁場

方向上，此時，定子磁通的q軸分量為零，也就是

這樣只要將上面的條件代入到前面的電機模型中，就可得到定子磁場定向的矢量控制方程。2829從上面的式子（4-29）可以看出，如果

保持定子磁通 恒定，轉(zhuǎn)矩直接和q軸的電流成正比，因此，瞬時的轉(zhuǎn)矩控制是可以實現(xiàn)的。此外，定子磁場定向控制使定子方程大大簡化，從而有利于定子磁通觀測器的實現(xiàn)。然而在利用式（4-27）和式（4-28）進行磁通控制時，不論采用直接磁通閉環(huán)控制，還是采用間接磁通閉環(huán)控制，均需消除 耦合項的影響。因此，同氣隙磁場定向一樣，往

往需要設(shè)計一個解耦器，使

與解耦3031特點:32在一般調(diào)速范圍內(nèi),利用定子方程作磁通觀測器,易實現(xiàn).而且不包括對溫度變化非常

敏感的轉(zhuǎn)子參數(shù).在低速時,由于定子電阻壓降占端電壓的大部分,致使反電動勢測量誤差較大,定子磁通

觀測不準,影響性能.(四)定子電壓定向矢量控制33磁場定向矢量控制的優(yōu)點是系統(tǒng)達到了完全的解耦控制，但缺點是系統(tǒng)的控制需采用旋轉(zhuǎn)矢量變換，結(jié)構(gòu)比較復雜。如果使參考坐標系的d軸和定子電壓的方向重合則可以得到在過度過程中也保持磁通恒定的動態(tài)控制規(guī)律，既電壓定向矢量控制。電壓方程:34(4-30-4)(4-30-1)(4-30-2)(4-30-3)要求:

當轉(zhuǎn)矩和電機負載變化時,

磁通始

終保持恒定.

即對上式微分:由(4-30-1)和(4-30-2),得35由(4-30-3)和(4-30-4),得最后可得式中36Is為定為給定的定子磁通有效值;子相電流有效值.37磁場定向矢量控制的優(yōu)點是系統(tǒng)達到了完全的解耦控制，但缺點是系統(tǒng)的控制需采用旋轉(zhuǎn)矢量變換，結(jié)構(gòu)比較復雜。如果使參考坐標系的d軸和定子電壓的方向重合則可以得到在過度過程中也保持磁通恒定的動態(tài)控制規(guī)律，既電壓定向矢量控制。

定子磁通觀測器的實現(xiàn)是頗為關(guān)鍵的，在實際實現(xiàn)時，由于定子電壓電流均為可測量