第2章_三相感应电动机矢量控制.

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1、现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制现代电机控制技术现代电机控制技术现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制2第第2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制2.1 基于转子磁场的转矩控制基于转子磁场的转矩控制2.2 空间矢量方程空间矢量方程2.3 基于转子磁场定向矢量控制系统基于转子磁场定向矢量控制系统2.4 基于转子磁场矢量控制中的几个技术问题基于转子磁场矢量控制中的几个技术问题2.5 基于转子磁场定向的矢量控制系统仿真实例基于转子磁场定向的矢量控制系统仿真实例2.6 基于气隙磁场定向的矢量控制基于气隙磁场

2、定向的矢量控制2.7 基于定子磁场定向的矢量控制基于定子磁场定向的矢量控制现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制2.1 基于转子磁场的转矩控制基于转子磁场的转矩控制 基于气隙磁场的转矩矢量方程为基于气隙磁场的转矩矢量方程为 grrgrgesiniippt (2-1) 尽管通过矢量控制可以有效地控制尽管通过矢量控制可以有效地控制g、ri和和gr，但这不能改变转矩方程的非线性特，但这不能改变转矩方程的非线性特性，也不能解除性，也不能解除g与与ri之间的强耦合关系。之间的强耦合关系。 从转矩生成和从转矩生成和控制角度看，与控制角度看，与 VVVF 控制相比，这种

3、矢量控制虽然提高了动态控制相比，这种矢量控制虽然提高了动态性能，但没有改变性能，但没有改变 VVVF 控制的非线性特性。在高性能伺服驱动中，电动机具有线控制的非线性特性。在高性能伺服驱动中，电动机具有线性的机械特性会提高系统的控制品质，也是电机控制追求的目标。性的机械特性会提高系统的控制品质，也是电机控制追求的目标。 基于转子磁场的转矩控制可将三相感应电动机等效为他励直流电动机，从根本基于转子磁场的转矩控制可将三相感应电动机等效为他励直流电动机，从根本上改变了转矩方程的非线性特性，可获得良好的稳态和动态性能。上改变了转矩方程的非线性特性，可获得良好的稳态和动态性能。 2.1.1 转矩控制稳态分

4、析转矩控制稳态分析 2.1.2 转矩控制动态分析转矩控制动态分析 3现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制42.1.1 转矩控制稳态分析转矩控制稳态分析 为了更好理解转子磁场矢量控制的实质，先来分析稳态转矩的生成和控制为了更好理解转子磁场矢量控制的实质，先来分析稳态转矩的生成和控制问题。问题。 在正弦稳态下，由图在正弦稳态下，由图 1-36 可得可得 rrse3IEpT (2-2) rsrE (2-3) 将式将式(2-3)代入式代入式(2-2)，可得，可得 rre3IpT (2-4) 式式(2-4)与式与式(1-170)具有相同的形式。此时，转子磁场相当于

5、直流电动机中的定具有相同的形式。此时，转子磁场相当于直流电动机中的定子励磁磁场，转子电流相当于直流电动机的电枢电流。如果能够保持转子磁链子励磁磁场，转子电流相当于直流电动机的电枢电流。如果能够保持转子磁链r恒定，转矩就仅与转子电流恒定，转矩就仅与转子电流rI有关，且具有线性关系，这与直流电动机的有关，且具有线性关系，这与直流电动机的转矩特性相同。转矩特性相同。 现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制5由图由图 1-36 可得可得 rrrRsEI (2-5) 将式将式(2-5)和式和式(2-3)代入式代入式(2-4)，则有，则有 sr2re13sRpT (2

6、-6a) 或者或者 fr2re13RpT (2-6b) 式式(2-6a)给出的是电机的机械特性，如图给出的是电机的机械特性，如图 1-38 中直线中直线 b 所示。所示。 将式将式(2-6a)和和式式(1-182a)比较可以看出，如果控制转子磁链比较可以看出，如果控制转子磁链r恒定，就恒定，就改变了三相感应电动机固有的非线性机械特性， 就转矩控制而言， 已相当于改变了三相感应电动机固有的非线性机械特性， 就转矩控制而言， 已相当于将三相感应电动机等效为了他励直流电动机， 可以获得与直流电动机相同的将三相感应电动机等效为了他励直流电动机， 可以获得与直流电动机相同的线性机械特性。但问题是，如何才

7、能使转子磁链保持恒定？线性机械特性。但问题是，如何才能使转子磁链保持恒定？ 现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制6可以仿效基于气隙磁场的控制方法，通过控制可以仿效基于气隙磁场的控制方法，通过控制srfE常值来保常值来保持持r恒定。由式恒定。由式(2-3)可得可得 srsrr2 fEE (2-7) 将式将式(2-7)代入式代入式(2-6b)，则有，则有 rf2sr2e43RfEpT (2-8) 但是， 由图但是， 由图 1-36 可知， 这必须依靠控制外加电压可知， 这必须依靠控制外加电压sU来达到控制来达到控制rE的的目的，显然是非常困难的。目的，显然是

8、非常困难的。 另一种方式是通过控制励磁电流来达到控制转子磁场的目的，另一种方式是通过控制励磁电流来达到控制转子磁场的目的，因为任何磁场都是由相应的磁动势，也就是由电流产生的。因为任何磁场都是由相应的磁动势，也就是由电流产生的。 现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制7同式同式(1-184)一样，可以写出一样，可以写出 sMmrIL (2-9) 式中，式中，IsM是产生转子磁场的等效励磁电流。是产生转子磁场的等效励磁电流。 此时，相当于将图此时，相当于将图 1-36 中的励磁支路中的励磁支路 CD 移到移到 EF 处，为此可将图处，为此可将图 1-36改造为

9、图改造为图 2-1 的形式，的形式，相应的（时间）相量相应的（时间）相量图如图图如图 2-2 所示。所示。 图图 2-1 中，中，sL为为定 子 瞬 态 电 感 ，定 子 瞬 态 电 感 ，ssLL，且有，且有 rs2m1LLL 式中，式中，为漏磁系数。为漏磁系数。 图图 2-1 三相感应电动机稳态等效电路（三相感应电动机稳态等效电路（T-I 型等效电路）型等效电路） 现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制 图图 2-2 三相感应电动机相量图（三相感应电动机相量图（T-I 型等效电路）型等效电路） 8现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三

10、相感应电动机矢量控制可以证明， 从图可以证明， 从图 2-1 中中XX端口看进去的总阻抗端口看进去的总阻抗 Zs与图与图 1-36 中中的的 Zs相同，这就意味着定子电流相同，这就意味着定子电流sI是不变的，说明两者对电源而言是不变的，说明两者对电源而言是等同的是等同的。 与图与图 1-36 所示的所示的 T 型等效电路相比，型等效电路相比，T-I 型等效电路型等效电路消消除了除了转子转子回路回路中中的漏电感，已将的漏电感，已将sI分解成为两个分量分解成为两个分量： 一个是产生转子磁场的励磁分量一个是产生转子磁场的励磁分量sMI； 另一个是产生电磁转矩的转矩分量另一个是产生电磁转矩的转矩分量s

11、TI。 除了定子电阻外，整个电路的参数都发生了变化，新参数仍借助除了定子电阻外，整个电路的参数都发生了变化，新参数仍借助T 型等效电路的参数来表示， 因为型等效电路的参数来表示， 因为 T 型等效电路中型等效电路中的的参数为电机固有参数为电机固有参数，可由电机设计或通过实验获取。参数，可由电机设计或通过实验获取。 9现代电机控制技术第第2 2章章 三相感应电动机矢量控制三相感应电动机矢量控制由图由图 2-1，可得，可得 rmrssMILLII rrmrrsmrmsMr2m)(LLILILLLILL (2-10) 于是有于是有 sMmrIL (2-11) 式式(2-11)为转子磁链方程。为转子磁