异步电机矢量控制研究

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1、护齒理N久第广州学院分数:交流调速论文题目：异步电机矢量控制研究姓名：学号：座位号：系另专业：自动化班级：完成时间：2013/6/30华南理工人学广州学院摘要:1968年，徳国Hasse博士首先提出了矢量控制理论，1971年西门子公司的Blaschke又将这种一般化的概念形成系统的理论。矢量控制理论的提出，交流电动机的电磁转矩有效控制得到一雄的解决，实现交流电动机磁通和转矩能够单独控制，使直流调速系统的全部优点能够在交流电动机的变频调节速度上体现。本论文就对于异步电动机矢量的控制进行初步研究。关键词：坐标变换；矢量控制一、异步电动机矢量控制原理矢量控制的基木思路是以产生相同的旋转磁动

2、势为准则，将异步电动机在静止三相坐标系上的疋子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流，并分别加以控制，从而实现磁通和转矩的解耦控制，以达到直流电机的控制效果。所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电机模型，在按转了磁磁链眾向从标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系屮的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。其中等效直流电动机模型如图1.1所示，在三和坐标系上定子的交流电流八、几、ic^3/2的变换可以等同成两相静上坐标系正交上的交流zl和匚0,再通过与转子磁链同步旋转的变换，可以等同成同步旋转正交坐标系上的直

3、流电流：和几。•$加0st根据磁场定向原理和通过测量和控制异步屯动机定子电流矢量并口为了达到控制异步电动机的转炬的要求，分别对异步电动机的转炬电流和励磁电流进行控制，这是矢量控制实现基本的原理。具体是将定子电流矢量，分解为产生转矩的电流分量与产生磁场的电流分量达到控制效果，并同一时间控制那两个分量间的相位和幅值，就是控制定子的电流矢量，所以叫这种控制方式为矢量控制方式。图1.1电动机矢量变换及等效亘流电动机模型在三相坐标系上的定子交流电流几、几、ic，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流几和几再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流j和j

4、,。m绕组相当于直流电动机励磁Qsmst绕组，i相当于励磁电流，t相当于电枢绕组，;相当于与转矩成正比的电枢Qsm0st电流。•其中矢量控制系统原理结构如图1.2所示。图1.2矢量控制系统原理结构图通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量匚”和转矩分量几，转子磁链屮,仅由定子电流分量几产生，而电磁转矩7；正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量解耦。简化后的等效直流调速系统如图1.3所示。lSfHAi■控制器•*A■等效直流电动机模型3图1.3简化后的等效直流调速系统二、矢量控制1.直流电机的转矩控制已知直流电机的转矩，即Te=K0Ia=K,Iah（假设

5、①-If）,式中，K、"为比例系数；h为直流电机转子屯枢电流，单位为A；Tf为定子励磁电流，单位为A；①可认为是由定子励磁电流单独产生的气隙主磁通，单位为Wb（忽略转子电枢电流的电枢反应）。2.异步电机的转矩分析将三相对称的交流电流入定子三相绕组时，一个以速度3

6、转动的空间磁场产生了，在转子绕组中该磁场能够感应出转子屯流，最后电磁转矩由转子电流与空间磁场相互作用产生。界步电机的电磁转矩的表达式为：T=K0.T2cos①21.矢量控制原理参考直流电机屮的解耦控制，如果能够把异步电机的定子电流也分解为互相正交的磁场分量讥和转矩分量iq,（这里的磁场分量和转矩分量分别对应于直流电机的励磁电

7、流及电枢电流IJ,就可以得到界步电机另一种电磁转矩表达式,即Tc二Kidiq显然。如果以定子电流作为控制对象，想办法得到相互解耦的id和iq,贝对定子电流的控制就可转化为对id和iq的控制,而id和iq又是解耦的,对id和iq分别控制就可以像直流电机一•样方便地控制电磁转炬，这就是矢量控制，下面分析整个解耦过程。2cos（^+—7T）—sin（04-—tt）丄22COS（^——7F）—sin（P—彳tt）COS°三相静止坐标系到同步旋转坐标系下的转换矩阵VR,即-sin0VR=-3其反变换矩阵为：COS&2COS（0-—7T）2cos（0+—7r）-sin6^2-sin（^-—-si

8、n（0+彳龙）5厶通过上述变换，可将静止坐标系下的三相电流ia、ib、ic等效地变换为旋转处标下（与磁场同步旋转）的两和正交的电流id和iq（i。在三和对称情况下为0）,而id和昭是互相解耦的，最终可以实现类似于直流屯机的解耦控制。而且山5和d「-q「在空间的位置始终是重合的。可以将两相旋转坐标系下感应电机的磁链表达式、电压方程式及电机输出转矩和运动方程写为：磁链方程:Lnt厶厶5电压方程:/%农+sL,nP2d、Ilnsq叫q$LmknP%L,nP-％