ch08高性能im变频调速系统

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1、第八章高性能异步电动机变频调速系统§8.1IM的矢量控制＝>§8.2提高系统响应的速度＝>§8.3无速度传感器矢量控制＝>§8.4IM控制系统的参数自整定＝>§8.5电流控制策略＝>§8.1IM的矢量控制8.1.1IM的动态数学模型⑴坐标变换☆理想化IM的动态数学模型：①忽略铁心饱和、磁滞、涡流，不考虑趋肤效应；②忽略谐波磁势，只考虑正弦分布的气隙磁势；③忽略定、转子齿槽影响，将气隙看成均匀的；④转子为三相绕组。则定、转子绕组自感L1、L2，定子绕组互感MUV、MVW、MWU，转子绕组互感等，都是常数。定、转子间的互感系数为（g为定、转子u相绕组中心线

2、间的电角度）（g0为转子初位置角；w为转子电角速度）当定、转子绕组都为Y联接时，电流中只有4个独立，可列写4个变系数的状态方程，加上运动方程，得到5阶的IM动态数学模型。BACK☆坐标变换的思路：a、将三相IM等效为空间上互差90˚电角度的两相电动机；b、等效以后IM的数学模型阶数不变，还是5阶；c、等效的出发点，是保持绕组产生的圆形旋转磁场不变。①αβ坐标系（定子上）使α轴（实轴）同u相绕组轴线重合，沿旋转磁场方向前进90˚的方向，为β轴，则ab与uvw间物理量的关系为：反向关系为：其中Cuvw→ab和Cab→uvw是正交矩阵的一部分，二者互为转置。

3、BACKCuvw→ab和Cab→uvw是正交矩阵的一部分，二者互为转置：选用正交矩阵，可保证变换前后功率的计算公式不变：BACK②dq坐标系（同步旋转的直角坐标系）选转子磁链方向为d轴，沿磁场旋转方向前进90˚电角度的方向为q轴，则dq与ab间各分量的关系为：（正）（逆）其中q1是从a轴到d轴的电角度：（q0为t=0时q1角，ω为同步电角速度）Cab→dq和Cdq→ab是正交互逆的矩阵。例：将三相AC电流变换为dq轴直流分量：解：BACK①在ab坐标系中，各物理量的复数表示：定子电压：定子电流：转子电流：则电压方程式：其中wm为转子旋转的电角速度；Lm

4、为定、转子间的互感。②以定子电流、转子磁链为状态变量时的电压方程：转子磁链为：则电压方程式为：式中BACK⑵ab坐标系中的电压方程、转矩方程③电磁转矩为：其中“×”为复数向量的外积。①电压方程：其中w1为同步角频率，w2为转子转差角频率。②用转子磁链、定子电流表示的电压方程：转子磁链为：则电压方程式为：③电磁转矩为：BACK⑶dq坐标中的电压方程式和转矩方程8.1.2矢量控制原理☆历史：1970年代初，德国人F.Blaschke提出“IM磁场定向的控制原理”，奠定了矢量控制的基础。☆基本原理：利用坐标变换，将IM的三相交流电流，变换成两相直流电流；然后

5、，在两相坐标中，确定电机的转矩电流、励磁电流大小，并分别进行控制；最后，再将两相电流的设定值，变回三相电流设定值，实现闭环控制。☆矢量控制基本方程：在dq坐标系中，转子磁链同d轴一致，故F2dq＝F2＝常数（控制为常数），则转子电压方程为：将ws=w1–wm，i1dd=i1d+ji1q代入可得：BACK☆电磁转矩：(控制i1q，即可控制Tem；i1q、Tem响应速度相同)☆定子三相电流的计算值：(将dq电流转换为三相电流)则（用于实际三相电流控制）BACK8.1.3转子磁场定向矢量控制系统的构成BACK⑴磁链的反馈控制“θ计算”的作用：确定abc、dq

6、两坐标系轴线间的夹角θ。“θ计算”的实现：经检测、计算磁链来得到。（需利用电机动态数学模型、现代控制理论，构造磁通观测器，才能获得F2的角度θ）⑵磁链的前馈控制（转差频率控制的一个组成部分）☆一种开环控制，它不检测被控制量（磁链）。图8－3磁链的前馈控制坐标变换所需的两种坐标系的轴线之间的夹角θ由下式算得：图中BACKws*的计算精度，依赖于电机参数R2和L2的精度；温度变化会引起R2变化，电流大小、频率对L2也有影响。利用现代控制理论，在线辨识时间常数L2/R2，可提高精度。⑶转子磁场定向矢量控制BACK☆磁场定向：“定向”是指d、q轴线的选择。当选

7、择d轴为转子磁链轴线时，就称转子磁场定向。这时有：Φ2d=Φ2，Φ2=0。☆直接磁场定向控制：直接检测转子磁链、并进行控制。☆间接磁场定向控制：不检测Φ2，而利用电机参数、电流设定值来预测Φ2，进行前馈控制。BACK☆磁链观测器的功能特点：①转子磁链的观测：通过检测电机的电压、电流、转速，利用定子电流进行误差校正，从而计算出转子磁链的大小、方向（DSP使之实用化）；②定、转子电阻的辨识：使用自适应算法，实时辨识定、转子电阻，可减小参数变化的影响；③调节磁链、使电机高效化运行：根据参数及所需转矩，适当调节电机磁链，使总损耗最小。§8.2提高系统响应速度的

8、技术☆转矩控制是快速响应所必须的。☆电机参数的变化、控制参数的误差，都会影响系统的控制性能。B