异步机VC调速

1、异步机矢量控制调速异步机矢量控制调速VC-控制到控制到ii空间向量空间向量 才能控制到其瞬时幅值与相位才能控制到其瞬时幅值与相位 才能加快响应才能加快响应异步异步机机mt模模型型建立建立同步速同步速旋转的旋转的坐标坐标m-tm-tm m轴与轴与转子转子磁链磁链rr同向同向定转子绕组定转子绕组等效为等效为二相二相旋转绕组旋转绕组注因为旋转绕组直流电流可产生旋转磁场注因为旋转绕组直流电流可产生旋转磁场故：实际定转子绕组电流故：实际定转子绕组电流-交流交流 变换到变换到m-tm-t绕组电流绕组电流-直流直流n旋转旋转MTMT坐标的异步机模型坐标的异步机模型异步机异步机定转子定转子磁场转速均为磁场转速

2、均为11-定转子电流空间向量均可等效为定转子电流空间向量均可等效为MTMT分量分量M M以转子磁场定向：以转子磁场定向：异异步步机机m-tm-t模型模型-转子主要方程转子主要方程方程方程rmrm=L=Lr ri irmrm+ L+ Lm mi ismsm=r r (1) (1) L Lr r 转子自感转子自感 L Lm m定转子互感定转子互感(2)(2)rtrt=L=Lr ri irtrt+ L+ Lm mi istst=0=0定子定子stsmstsm方程略方程略转子电压方程转子电压方程转子转子M M绕组：绕组：(3)u(3)urmrm=R=Rr ri irm rm + P+ Pr r=0=0

3、 （e et t= =PPr r）转子转子t t绕组绕组(4) u(4) urtrt=R=Rr ri irt rt + +s sr r=0=0 （ecec= =ssrr）定转子绕组均为定转子绕组均为伪静止伪静止转子转子绕组绕组实际实际切割切割r r速度速度: : c c=s s与与1 1反向反向r r的切割电势在的切割电势在T T方向方向 - -r r按按cc转转9090度度, ,幅值幅值ccr rr r的变压器电势在的变压器电势在M M方向方向 - -与与r r反向，反向， 幅值幅值p pr r定定子电势与电压方程方子电势与电压方程方程略程略转矩方转矩方程程Tem=Tem=n np p|i|

4、ir rr|r| =-=-n np p(i(irtrtr)r)(1(1方向方向) )异异步步机机m-t模模型型(1)&(3)&T(1)&(3)&Tr r= =L Lr r/R/Rr r: : r r=L=Lr r/(1+T/(1+Tr rP)iP)ismsm -励磁方程励磁方程 (2)&(5)(2)&(5)： Tem=Tem=n np p(L(Lm m/L/Lr r)r ri istst -转矩转矩方程方程(1(1方向方向) ) (2)&(4)(2)&(4)： s s=(L=(Lm m/ /L Lr r)i)iststR Rr r / /r r -转差方转差方程程(1) rm=Lrirm+ L

5、mism=r (2) rt=Lrirt+ Lmist=0(3) urm=Rrirm + Pr=0 (4) urt=Rrirt +sr=0 (5) Tem=-npr irt (1(1方向方向) ) 旋二相异步机模型旋二相异步机模型励磁方程：励磁方程： r r=L=Lr r/(1+T/(1+Tr rP)P)i ismsm转矩方程：转矩方程： TemTem=n=np p(L(Lm m/L/Lr r) )r ri istst( (代代入转差方入转差方程程) ) =(n=(np pT Tr r/L/Lr r)r r2 2s s转差方转差方程：程： s s=(L=(Lm m/ /L Lr r)R)Rr r

6、i istst/r r 定子电流中定子电流中 ismism相当直流机相当直流机励磁电流励磁电流IfIf，励磁回路为一阶惯性，励磁回路为一阶惯性 istist相当相当直流机直流机电枢电流电枢电流IdId（转矩分量）（转矩分量） 转差转差s s与直流与直流nn相似相似, ,常作常作r ri iststs s的耦合约束的耦合约束 动态动态电磁关系电磁关系与与直流机直流机相似相似转子磁场定向的转子磁场定向的旋转二相异步机模型旋转二相异步机模型转子转子2短路绕组：短路绕组： M绕组绕组-r的的阻尼绕组阻尼绕组 使定子对使定子对r的励磁为一阶惯性的励磁为一阶惯性 电流电流irm= -Pr/Rr - - r

7、 (ism)irm阻尼阻尼 T绕组绕组-换流绕组换流绕组 使定子电流使定子电流ist成为按成为按r的转矩分量的转矩分量 电流电流irt = -(Lm/Lr)ist ist irt 6.7 按转子磁链定向的按转子磁链定向的 矢量控制系统矢量控制系统基本原理基本原理: : 仿直流机调速仿直流机调速 (1)(1)首先设首先设rr回路回路( (闭或开环闭或开环) ) 控制恒控制恒( (减减)r)r - -从而确定从而确定ismism幅值幅值 (2)ASR(2)ASR输出转矩给定输出转矩给定TeTe* *, ,由转矩控制确定由转矩控制确定istist幅值幅值 (3)(3)由耦合方程确定由耦合方程确定s,

8、s,1 1 (4) (4)由由(1)(2)(3)(1)(2)(3)确定确定ism,istism,ist空间矢量空间矢量( (幅幅, ,角角) ) 从而确定从而确定i iA Ai iB Bi iC C* *, , 用用PWMPWM电流跟踪实控电流跟踪实控i iA Ai iB Bi iC CnVC系统结构（1）-r闭环，无转矩内环r问题实际转子磁链模实际转子磁链模 r 和其角和其角 ?检测检测? 尝试尝试: 电机槽内设探测线圈电机槽内设探测线圈 定子内贴表面霍尔或其它磁敏元件定子内贴表面霍尔或其它磁敏元件 -不成功不成功观测观测(计算计算)rrsmrr11TiLpT(6-86) rrsmrr11T

9、iLpT 转子磁链 r-i-模型1 适合于硬件模拟适合于硬件模拟 不适合数字计算不适合数字计算( (交叉反馈可能不收敛交叉反馈可能不收敛) )rrsmrr11jTiLpT按按坐标系的异步机模型坐标系的异步机模型转子磁链r-i-模型2 适合微机实时计算易收敛适合微机实时计算易收敛励磁方程励磁方程耦合方程耦合方程实实测测上述上述rr模型应用较多模型应用较多但电机参数有误差但电机参数有误差 原始测量误差原始测量误差, ,受环境扰动变化受环境扰动变化 计算误差：参数误差计算误差：参数误差, ,计算积累误差计算积累误差闭环控制精度降低。闭环控制精度降低。 注注: :计算误差对计算误差对n n环是环内扰动

10、环是环内扰动 -不影响不影响n n稳态响应稳态响应 -影影响响n n动态动态响应响应型型VCVC系统结构（系统结构（2 2） -r-r闭环，转速转矩双闭环闭环，转速转矩双闭环计算机控制型型VCVC系统结构（系统结构（2 2） -r-r闭环，转速转矩双闭环闭环，转速转矩双闭环Te环环环 转矩环作用设转矩环设转矩环 磁链偏差的影响为环内扰动作用磁链偏差的影响为环内扰动作用 受到转矩环的抑制受到转矩环的抑制 对转速环影响降低对转速环影响降低电流闭环跟踪PWM滞环控制型三角载波型r开环转差型矢量控制开环转差型矢量控制 rr观不准控不准观不准控不准 改开环控磁链改开环控磁链rr，系统可简化，系统可简化

11、-()-()间接矢量控制系统间接矢量控制系统因耦合关系因耦合关系 Tem Tem =(n=(np pT Tr r/L/Lr r)2 2r rs s - -利用转差控制转矩利用转差控制转矩 又称转差型的矢量控制又称转差型的矢量控制r r：旋转：旋转M M轴轴-定子定子A A轴的角度，轴的角度，s sm m：is-Mis-M轴的角度轴的角度r r+s+sm m：定子电流空间矢量：定子电流空间矢量isisA A轴的角度轴的角度 s s 中小容量中小容量: PWM : PWM 电流跟踪控制电流跟踪控制-同时调幅调频同时调幅调频 调试可先调调试可先调空载空载ism(ism(前环节参数前环节参数) )至至f fN N& &U UN N 满磁满磁rr开环开环VCVC系统（系统（3 3） -转转速电流双闭环速电流双闭环大容量大容量( (数千数千kW): kW): 可控整流可控整流+ +电流型变频器电流型变频器-分别调幅调频分别调幅调频rr开环型开环型VCVC系统（系统（3 3） -转转速电流双闭环速电流双闭环r开环型矢量控制与稳态转差控制相比与稳态转差控制相比 整体整体,相同点相同点: 操作量操作量为三相为三相(总总)电流幅值与转差电流幅值与转差 -结构简单结构简单 细节细节,差