基于异步电动机动态数学模型的矢量控制变压变频调速系统ppt课件.ppt

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1、第7章基于动态数学模型的异步电动机矢量控制变压变频调速系统内容提要：1、对比直流电动机电磁转矩和异步电动机电磁转矩的异同及内在联系，给出矢量控制的基本思路和基本概念；2、建立异步电动机在三相静止坐标系上的动态数学模型，利用矢量坐标变换加以简化处理，得到二相静止坐标系和二相旋转坐标系上的数学模型，进而获得二相同步旋转坐标系上的数学模型；3、将处理后的异步电动机数学模型与直流电动机数学模型统一起来，导出矢量控制方程式和转子磁链方程式；4、根据矢量控制方程式及转子磁链方程式，按直流电动机转矩控制规律构造异步电动机矢量控制系统的控制结构及转子磁链观测器；5、介绍实际应用的几种典型异步

2、电动机矢量控制变压变频调速系统。7.1矢量控制的基本概念7.1.1直流电动机和异步电动机的电磁转矩基本运动学方程式可知，对于恒转矩负载的起、制动及调速时，如果能控制电动机的电磁转矩恒定，则就能获得恒定的加（减）速运动。当突加负载时，如果能把电动机的电磁转矩迅速地提高到允许的最大值（Teimax），则就能获得最小的动态速降和最短的动态恢复时间。可见，任何电动机的动态特性如何，取决于对电动机的电磁转矩控制效果如何。矢量控制的基本概念（续）由电机学可知，各种电动机的电磁转矩具有统一的表达式式中，为电机的极对数；、为定、转子磁势矢量的模值；Φm为气隙主磁通矢量的模值；、为定子磁势空间

3、矢量、转子磁势空间矢量分别与气隙合成磁势空间矢量之间的夹角(见图7-1)矢量控制的基本概念（续）图7-1异步电动机的磁势，磁通空间矢量图通常用电角度表示：其中、为机械角；为气隙合成磁势空间矢量，当忽略铁损时与磁通矢量Φm同轴同向。矢量控制的基本概念（续）在主极磁场和电枢磁势相互作用下，产生电磁转矩式中Fa=IaNa/π2npa，sinθad=1，所以上式成为式中称为直流电机转矩系数矢量控制的基本概念（续）图7-2直流电机主极磁场和电枢磁势轴线矢量控制的基本概念（续）由图7-2可以看出，主极磁通和电枢电流方向（指该电流产生的磁势方向）总是互相垂直的，二者各自独立，互不影响。需要

4、进一步指出的是，由于电枢电流和励磁电流都是只有大、小和正、负变化的直流标量，因此，把电枢电流和励磁电流作为控制变量的直流调速系统是标量控制系统，而标量控制简单，容易实现。矢量控制的基本概念（续）在异步电动机中，同样也是两个磁场相互作用产生电磁转矩。与直流电动机的两个磁场所不同的是，异步电动机定子磁势、转子磁势及二者合成产生的气隙磁势均是以同步角速度在空间旋转的矢量。综上所述，直流电机的电磁转矩关系简单，容易控制；交流电机的电磁转矩关系复杂，难以控制。但是，由于交、直流电动机产生转矩的规律有着共同的基础，是基于同一转矩公式建立起来的，因而根据电机的统一性，通过等效变换，可以将交

5、流电机转矩控制化为直流电机转矩控制的模式，从而控制交流电机的困难问题也就迎刃而解了。矢量控制的基本思想对交流电动机的控制可以通过某种等效变换与直流电动机的控制统一起来，从而对交流电动机的控制就可以按照直流电动机转矩、转速规律来实现，这就是矢量控制的基本思想（思路）。站到异步机旋转坐标系上，所看到异步机模型如图7-3所示。图7-3　等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型图7-4矢量变换控制过程（思路）框图矢量变换控制的基本思想和控制过程可用框图来表达，如图7-4所示的控制通道。如果需要实现转矩电流控制分量、励磁电流控制分量的闭环控制，则要测量交流量，然后通过矢量坐标变换求出实

6、际的、用来作为反馈量，其过程如图7-4所示的反馈通道。因为用来进行坐标变换的物理量是空间矢量，所以，将这种控制系统称之为矢量变换控制系统（TransvectorControlSystem）简称为矢量控制系统（VectorControlSystem，简称VC）系统。7.2异步电动机在不同坐标系上的数学模型考虑到一般情况，本节首先建立三相异步电动机在三相静止坐标系上的数学模型，然后通过三相到两相坐标变换将三相静止坐标系上的数学模型变换为二相静止坐标系上的数学模型，再通过旋转坐标变换，将二相静止坐标系上的数学模型变换为二相旋转坐标系上的数学模型，最终将二相旋转坐标系上的数学模型变换

7、为二相同步旋转坐标系上的数学模型，以实现将非线性、强耦合的异步电动机数学模型简化成线性、解耦的数学模型，从而就可以研究异步电动机变压变频调速系统的矢量控制策略了。交流电动机的坐标系与空间矢量的概念1、交流电动机的坐标系交流电动机的坐标系（也称作轴系）以任意转速旋转的坐标系为最一般的情况，其中静止坐标系（旋转速度为零）、同步旋转坐标系（旋转速度为同步转速）是任意旋转坐标系的特例。(1)定子坐标系（A-B-C和-坐标系），如图7-5所示。图7-5异步电动机定子坐标系三相电机定子中有三相绕组，其轴线分别为A、