矢量变换控制变频调速系统

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1、第五章矢量变换控制变频调速系统§5.1绪论§5.2矢量变换规律§5.3异步电动机的数学模型§5.4矢量变换控制变频调速系统返回目录一：问题的提出1.调速系统的动态性能决定于电磁转矩的控制§5.1绪论分析运动方程式1）当T2=TL时，，则n=const2）当T2>TL时,,则系统处于加速状态3）当T2

2、rControl）3.解决问题的思路矢量变换控制思路是1971年德国西门子公司F.Blaschke提出的“感应电动机磁场定向的控制原理”以及美国的P.C.Custman和A.A.Clark共同提出的“感应电机定子电压的坐标变换控制”，这两种方法形成了目前得到普遍应用的矢量控制变频调速系统。二.矢量变换控制的基本思路1.矢量变换控制的基本思路：磁场等效原则（1）产生旋转磁场不一定非要三相对称绕组除了单相绕组，两相绕组，三相绕组，四相绕组….等任意多相对称绕组，通以多相平衡电流，都能产生旋转磁场。a.图6-26（a），三相固定对称绕组A，B，C（空间相差120度），通以三相对称正弦交流电，

3、相位相差120度，产生旋转磁场，以角速度旋转。b.图6-26（b），两相固定对称绕组（空间相差90度），通以二相对称正弦交流电，相位相差90度，产生旋转磁场。c.图6-26（c），两个匝数相等互相垂直的绕组M和T，分别通以直流电，产生位置固定的磁通，如果两个绕组同时以同步速度旋转，则磁通也随之旋转。如果（a），（b），（c）所产生的旋转磁场的大小和方向与速度都相同，就认为三组绕组等效。二.矢量变换控制的基本思路ABCABCiAiBiCFωsFiiωs图6-26b）两相交流绕组图6-26（a）图6-26（c）1.直流电机产生转矩的原理三.矢量变换控制原理分析2.异步电机产生转

4、矩的原理2.异步电机产生转矩的原理2.异步电机产生转矩的原理2.异步电机产生转矩的原理矢量变换控制所需的矢量变换规律有三种：3相——2相变换（3/2变换）矢量旋转变换（VR变换）直角坐标——极坐标变换（K/P变换）§5.2矢量变换规律§5.2矢量变换规律AN2isN3iAN3iCN3iBN2isβ60o60oB二.矢量变换（VR变换）2.旋转变换三.直角-极坐标变换（K/P变换）一.异步电动机动态数学模型的基本性质前面分析的异步电动机单变量数学模型是在作了很强的假定条件下得到的。根据该模型出发去设计变频调速系统，动态性能必然不会十分满意。为了进一步提高变频调速系统的性能，就必须从

5、异步电动机的多变量数学模型入手。总的来说，异步电动机的动态数学模型有四个方面的性质：§5.3异步电动机数学模型异步电动机变频调速需要进行电压(电流)和频率的协调控制,所以有电压和频率两个独立的输入变量;因为异步电动机通过定子供电,磁通和转速的变化是同时进行的,为了获得良好的动态性能,还应对磁通进行控制,所输出的变量除了转速外,还应包括磁通.因此异步电动机的数学模型是一个多输入多输出系统.1.多变量2.强耦合异步电动机的电压(电流),频率,磁通,转速又互相都有影响,所以异步电动机的数学模型又是强耦合的多变量系统,主要的耦合是绕组之间的互感联系.3.非线性另外,异步电动机的转矩等于磁通乘电

6、流,而转速乘磁通就得到旋转感应电动势.由于它们是同时变化的,在数学模型中会含有两个变量的乘机项,因此异步电机的数学模型是非线性的.4.高阶再者,三相异步电动机定子有三个绕组,转子也可等效为三个绕组,每个绕组产生的磁通都有自己的电磁惯性,再加上运动系统的机械惯性,异步电动机的数学模型是一个高阶系统.1.假设条件在研究异步电动机的多变量数学模型时,经常采用如下假设:(1)忽略空间谐波,设三相对称(空间相差120度电角度),产生的磁动势沿气隙圆周按正弦规律分布;(2)忽略磁路饱和,各绕组互感和自感都是恒定的;(3)忽略磁芯损耗;(4)不考虑频率和温度变化对绕组电阻的影响.然后可以列出由电压方

7、程组,磁链方程组,转矩方程组和运动方程组组成的异步电动机的数学模型.二.异步机在两相同步旋转坐标系上按转子磁场定向的数学模型上面讲解的是矢量控制的基本概念以及矢量变换规律表明:三相异步电动机可以等效地变换成类似直流电动机的模式,这样就可以模仿直流电动机去进行控制.(1)参数解藕----互感消除异步电动机定子三相绕组和转子三相绕组经过3/2变换,变成等效的静止坐标系上的二相绕组.由于等效绕组两轴垂直,它们之间没有互感耦合关系.(2)交流→直流静止