交流调速系统-高性能矢量控制技术ppt课件.pptx

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1、交流调速系统徐州中矿大传动与自动化有限公司——高性能矢量控制技术目录1、高性能交流调速系统的介绍2、矢量控制的基本原理3、直接转矩控制系统4、笼型异步电动机矢量控制调速系统(ASCS-7)5、绕线转子异步电动机双馈调速系统(ASCS-6)6、同步电动机矢量控制调速系统(ASCS-8)2高性能交流调速系统的介绍与直流电机不同，交流电机的3个磁通势矢量在空间以同步转速旋转，彼此相对静止，要想控制转矩，必须控制任两磁通势矢量的幅值和相对位置（夹角）。依照是否按矢量关系控制的不同，交流电机的调速系统分成两类：标量控制系统和高性能控制系统。

2、3标量控制系统标量控制系统只控制一个磁通势的幅值和旋转速度，他们都是标量，故称为标量控制系统。由于没有按矢量关系进行控制，无转矩控制内环，所以这类系统的动态性能差。标量控制系统包含有电压频率控制（V/f控制），电流频率控制（A/f控制）。4标量控制系统的缺点1）启动电流不好控制；2）启动初期电流有直流分量，阻碍起动；3）磁场建立慢，起动转矩小；4）空载运行时，在个别频率段会出现震荡现象。5高性能控制系统高性能控制系统按矢量关系进行控制，有转矩内环，动态性能好。高性能控制系统有矢量控制和直接转矩控制两种。6矢量控制系统原理按转子磁链

3、定向矢量控制的基本思想是通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转坐标系中，得到等效的直流电动机模型，仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩和磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。由于变换的是矢量，所以这样的坐标变换也称作矢量变换，相应的控制系统称为矢量控制（VectorControl，VC）系统或按转子磁链定向控制（FOC）系统。7三相异步电动机的物理模型ABCuAuBuC1uaubucabc由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。坐标变换的提出交流电机数学模

4、型的性质（1）异步电机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也得算一个独立的输出变量。因为电机只有一个三相输入电源，磁通的建立和转速的变化是同时进行的，为了获得良好的动态性能，也希望对磁通施加某种控制，使它在动态过程中尽量保持恒定，才能产生较大的动态转矩。多变量、强耦合的模型结构由于这些原因，异步电机是一个多变量（多输入多输出）系统，而电压（电流）、频率、磁通、转速之间又互相都有影响，所以是强耦合的多变量系统，可以先用右图来定性地表示。A1A2Us

5、1(Is)异步电机的多变量、强耦合模型结构模型的非线性（2）在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通得到感应电动势，由于它们都是同时变化的，在数学模型中就含有两个变量的乘积项。这样一来，即使不考虑磁饱和等因素，数学模型也是非线性的。模型的高阶性（3）三相异步电机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组，每个绕组产生磁通时都有自己的电磁惯性，再算上运动系统的机电惯性，和转速与转角的积分关系，即使不考虑变频装置的滞后因素，也是一个八阶系统。异步电机的特性总起来说，异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。坐

6、标变换之前异步电机的转矩计算公式坐标变换后转子磁链定向的好处16矢量控制系统原理结构图控制器VR-12/3电流控制变频器3/2VR等效直流电机模型+i*mi*tsi*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiβimit~反馈信号异步电动机给定信号矢量控制系统原理结构图在设计矢量控制系统时，可以认为，在控制器后面引入的反旋转变换器VR-1与电机内部的旋转变换环节VR抵消，2/3变换器与电机内部的3/2变换环节抵消，如果再忽略变频器中可能产生的滞后，则上图中虚线框内的部分可以完全删去，剩下的就是直流调速系统了。设计控制器时省

7、略后的部分控制器VR-12/3电流控制变频器3/2VR等效直流电机模型+i*mi*tsi*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiβimit~反馈信号异步电动机给定信号简化控制结构图可以想象，这样的矢量控制交流变压变频调速系统在静、动态性能上完全能够与直流调速系统相媲美。3s/2s变换2s/3s变换2s/2r变换2r/3s变换坐标变换的公式ω1ω1ω1(a)(b)(c)(d)(f)(e)ia1Oiiiic1ib1OOω1tω1tω1tiα1iβ1iM1iT1图8－2静止三相交流、静止两相交流及旋转的直流等效绕组转子磁链观

8、测器下图是另一种转子磁链模型的运算框图。三相定子电流iA、iB、iC经3/2变换变成两相静止坐标系电流is、is，再经同步旋转变换并按转子磁链定向，得到M，T坐标系上的电流ism、ist，利用矢量控制可以获得r和s信号，由s与实测转速相