交流调速技术学习指导(第四章)

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1、学习指导(详解)第4章矢量变换控制技术矢量控制理论由徳国的F•Blaschke于1971年提出.矢量控制技术的应用使得交流调速真正获得了如同直流调速同样优良的理想性能。经过20多年工业实践的考验、改进与提高，FI前己达到成熟阶段。4.1旋转矢量控制的概念与原理一、磁场比较分析1、直流电动机：原理如图4-1所示，其优异的调速性能是因为具备了如下三个条件：(1)磁极固定在定子机座上，在空间能产生一个稳定直流磁场。(2)电枢绕组是固定在转子铁心槽里，在空间能产生一个稳定的电枢磁势，并II电枢磁势总是能保持与磁场相垂直，产生转矩最有效。电枢磁势

2、与磁场保持垂直主要靠换向器作用使电枢电流在N极和S极下方发生变化，并采用补偿绕组防止电抠反应使磁场扭歪，以及碳刷位置安装的正确。图4-1良流电动机股理图(3)励磁电流和电枢电流在各自回路巾分别可控、2、三相异步电动机：(1)定子通三相正弦对称交流电时产生一个随时间和空间都在变化的旋转磁场。(2)转子磁势和旋转磁场间不存在垂直关系。(3)异步电动机转子是短路的，只能在定子方面调节电流。组成定子电流的两个成分一一励磁电流和工作电流都在变化，因为存在非线件关系，因此对这两部分电流不可能分別调节和控制。3、结论：可见异步电动机所以调速性能差，就

3、是它不具备直流电机优异调速性能的三个条件。如果在控制上想办法能达到那些要求，那末它的调速性能也一定是优异的。二、矢量变换三相异步电动机在空间上产生的是旋转磁场，如果要模拟直流电动机的电枢磁势与磁场垂直，并且电枢磁势大小和磁场强弱分別可调。可设想如图4-2所示的异步电动机M、T两相绕组模型。该模型有两个互相垂直的绕组：M绕组和T绕纟II且以角频率A在空间旋转。T、M绕组分别通以直流电流A、A。Tm在M绕组轴线方昀产生磁场，称励磁电流。调节A大小可以调节磁场强弱。A在T绕组轴线方向上产生磁势，这个磁势总是与磁场同步旋转，而且.总是与磁场方向

4、垂直，调节A大小可以在磁场不变时改变转矩大小，八称转距电流。A、A分属于T、M绕组.因此分别可调、可控。异步电动机如果按照M、T两相绕组模型运行就可以满足直流电动机调速性能好的三条件。实际上三相异步电动机定子三相绕组嵌在定于铁心槽中，在空间上相互差i2(r电角度，固定不动。根裾电机学原理知道三相绕组的作用，完全可以用在空间上互相垂直的两个静上的〃、々绕组的代替、三相绕组的电流和两相静止〃、々绕组电流有固定的变换关系。现在还要找到两相静止〃、#绕组的电流，与两相旋转的M、T绕组电流的关系。如果M、T、々绕组电流7m、7t、人、h都用矢量表

5、示，如图4-3所示为方坐标系统与M、T坐标系统。图4-2异步电动机M、T两相绕组模型阁4-3o、々坐标与M、T坐标系统电流矢量在卢坐称为人、换算到以A角频率旋转的M、T坐标为/m、/t有卜列災系iM=i(lcos6+ipsin沒iT=ificos0-iasin汐其屮，0为M、T坐标相对于＜/、P坐标旋转的角度。这样要调节磁场确定A值，要调节转距确定A值，通过变换运算就知道三相电流/a、/b、A大小，控制/„、A、A也就达到预想目的，达到控制转距（A）、磁场（/m）的目的。三、矢S变换控制的基本思想把三相异步电动机等效于两相〃、f静止系统

6、模型。再经过旋转坐标变换为磁场方向与M轴方向一致的同步旋转的两相M、T模型。电流矢量/是一个空间矢量，因为它实际上代表电机三相产生的合成磁势，是沿空间作正弦分布的量，不同于在电路中电流随时间按正弦变化的时间相S。电流矢:W:分解为与M轴平行的产生磁场的分量一一励磁电流A和与T轴平行的产生转距分量一一转矩电流A。前者可理解为励磁磁势，后者可理解为电枢磁势。通过控制/«、A大小也就是电流矢量Z的幅值和方向（M、T坐标系统中的f角）去等效地控制三相电流人、乂,、Z:的瞬时值，从而调节电机的磁场与转矩以达到调速的目的。由于是矢M控制也就是说不仅

7、控制电流幅值人小，而II考虑了方向体，现在A、/r分配比例是确定的，这就与以往的调速办法不同。如变压变颇（VVVF）的调速方法是属于标量控制，必然要经过较长时间调节才能达到稳定运行。矢量控制主要特点是动态响应快，使交流电机调速性能有质上的提高。叫、矢量变换控制系统的构想既然异步电机经过坐标变换可以等效成直流电机，那么，模仿直流电机的控制方法，求得直流电机的控制量，经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电机了。由于进行坐标变挽的是电流（代表磁动势）的中间矢S.所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫做矢量变换校制系统（TransvectorC

8、ontrolSystem）或称矢量校制系统（VectorControlSystem）,所没想的结构如图5_4所示。图中给定信号和反馈信号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号。和电枢电流