讲稿-高性能调速1

1、交流电动机高性能调速系统基础知识基础知识1. 电动机统一控制理论电动机统一控制理论 调速的任务是控制转速，关键是转矩控制。转速只能通过转矩控制，除转矩外无其它量能影响转速。调速系统 LdTTdtdnGD3752基础知识基础知识转矩响应若转矩响应快，是一个小時间常数惯性(图a)，很容易设计转速调节器PI参数，使转速环有良好动态性能。若转矩响应慢，是一个振荡环节(图b)，转速环动态性能不可能好。基础知识基础知识要控制转矩须知道转矩与什么变量有关统一转矩公式控制转矩需控制任意二向量幅值及它们夹角。rscrmcscsmrsrsmdFFKFFKFFKT sinsinsin平行四边形面积平行四边形面积基础

2、知识基础知识2. 直流电动机控制直流电动机控制 矢量在空间静止不动，定、转子磁势夹角固定，转子磁势幅值由励磁电流控制，定子磁势幅值由电枢电流控制。eamddrsarressiiKTiCFiCF90，基础知识基础知识3. 交流电动机控制交流电动机控制 交流电机三个矢量在空间以同步转速旋转，彼此相对静止。标量控制和矢量控制 ： 标量控制：只控制矢量幅值和旋转速度，不控制角度，动态差。 矢量控制：不仅控制幅值和旋转速度，还控制角度，动态好。 基础知识基础知识V/F控制(标量控制) 稳态 磁链 Y E/ f 高速 EV Y V/ f 通过V/ f 比控制Y ( ) 通后转差控制 和 稳态的幅值和角度，

3、从而控制转矩。 转矩增加，转差逐渐加大，磁链幅值和角度慢慢加大，响应慢且有调超。cFrFsF基础知识基础知识V/F控制机械特性 注意： 低速時需补偿压降， 转矩提升提高硬度， 弱磁后颠覆转矩平方减小。 基础知识基础知识V/F控制的问题： 起动电流不好控制 起动初期电流有直流分量，阻碍起动 磁场建立慢，起动转矩小 个别频率段空载振荡 动态性能差基础知识基础知识矢量控制概念矢量控制概念 既控制磁势矢量幅值，又控制夹角。 第1步 选择基准矢量，通常是Y Y ( 代表 )， 第2步 用电压电流瞬时值，通过电机模型计算Y Y 幅值 及瞬時空间位置角(交流测量及计祘)， 第3步 根据转矩给定和Y Y 幅值

4、计算另一矢量(定子电流 矢量 ，代表 )在Y Y上的投影及垂线高(直流 控制量计算)， 第4步 通过控制三相定子电流瞬时值，使实际定子电 流矢量等于其给定值(交流量控制) 。cFsisF基础知识基础知识 矢量控制过程示意图 定子电压电流在静止坐标系上是交流量，在同步旋转坐标系上是直流量。静止系和旋转系间的转换需经坐标变换，基础是的位置角。基础知识基础知识4. 坐标系及符号规定坐标系及符号规定(1) 坐标系 定子坐标系(静止) R-S-T 和 转子坐标系d-q 旋转角频率r 磁链坐标系 旋转角频率s21 (2) 符号规定符号规定 A. 变量变量上标下标变量名su1 edi变量名：变量名：i、u、

5、e、Y Y上标：绕组名上标：绕组名下标：坐标名下标：坐标名例如：例如： 表示定子电压在表示定子电压在 轴分量轴分量 表示转子电流在表示转子电流在 d 轴分量轴分量1 s r rs s sLB. 矢量矢量(以黑体表示以黑体表示)C. 角速度角速度：同步角速度，比例于定子频率：同步角速度，比例于定子频率：转子角速度，比例于电动机转速：转子角速度，比例于电动机转速：转差角速度：转差角速度D. 角度角度 磁链位置角磁链位置角 转子位置角转子位置角 负载角负载角E. 参数参数参数名参数名下标下标q q q q轴参数、轴参数、 漏（抗）、漏（抗）、h h 主（电主（电抗）抗） 下标下标: s: s 定子、

6、定子、r r 转子、转子、e e 励磁、励磁、D D 阻尼、阻尼、d d d d轴参数、轴参数、例例 Ddhdsxxr、21qd0( 磁链轴 )( 转子轴 )( 定子轴 R轴 )sL基础知识基础知识5. 空间矢量概念空间矢量概念 空间旋转磁势(空间矢量)由三相分磁势、三相定子电流生。 三相定子电流由三相电压、电势决定。 电机旋转通过上述三相变量来控制。 需找出三相变量与空间合成矢量的关系 空间矢量概念。 ()ssiFsjsTjssjsRNeFeFeF120120032()120120032jsTjssjsReieieisi 磁势空间矢量磁势空间矢量 定子电流空间矢量定子电流空间矢量 ()120

7、120032jTjsjReAeAeAA空间矢量定义空间矢量定义( (数学定义数学定义) )磁链矢量磁链矢量 ；电势矢量；电势矢量e；电压矢量电压矢量u F和和 物理上存在物理上存在i 本身物理上不存在，但代表了物理上存在的磁本身物理上不存在，但代表了物理上存在的磁势势向量。向量。u，e 物理上不存在，只是运算中的符号，反映三相物理物理上不存在，只是运算中的符号，反映三相物理 量间关系。量间关系。 ( (公式和向量图与电机学中相同，含义不同；空间关系；时间关系公式和向量图与电机学中相同，含义不同；空间关系；时间关系) )。同步机励磁电流向量同步机励磁电流向量 定义：定义：方向方向 磁场绕组轴线磁

8、场绕组轴线幅值：幅值：dtdesYssssssedtdiLiRu eseeINNi32 iiiFFFescrs数学中空间矢量两种表示方法：数学中空间矢量两种表示方法：直角坐标：直角坐标：极坐标：极坐标： YXjAAAXAjAeA eseeINNi326. 坐标变换及矢量控制坐标变换及矢量控制 (1) 3/2和和2/3变换变换 3/2变换变换RAA ()sRAAA231 AAR()TRSAAA AAAT23213/2变换变换图图4-8 3 / 2和和2 / 3变换符号变换符号(2) 矢量回转器矢量回转器 已知已知A在在UV坐标轴上的分坐标轴上的分量和夹角量和夹角 ，求它在，求它在XY坐标坐标轴上

9、的分量，或反之。轴上的分量，或反之。 UX 图图4-13 在在U-V和和X-Y坐标系上的矢量坐标系上的矢量AUXVUXUXAAA sincosUXVUXUYAAA cossin图图4-14 矢量回转器矢量回转器(VD)符号符号(3) 矢量分析器矢量分析器VA：知：知A在在XY上分量，求模上分量，求模A和辐角和辐角 XA AAAAAAAYXAXXAYX sincos22图图4-15 在在X-Y坐标系上的矢量坐标系上的矢量A图图4-16 矢量分析器矢量分析器(VA)电路电路图图4-17 矢量分析器矢量分析器(VA)符号符号(4) 数字系统中的坐标变换数字系统中的坐标变换 极坐标法极坐标法图图6-9

10、 在在U-V和和X-Y坐标系上的矢量坐标系上的矢量A )/arccos()/arccos()/arccos(AAAAAAAAAAAUVUVUUAVU00022时时时时式中：式中：XAYXAXUXUAXAAAAA sincosVAVD)cos()cos()cos(3232 RATRASRARAAAAAA2/3变换变换异步机矢量控制系统异步机矢量控制系统1.异步机的气隙磁链、定子异步机的气隙磁链、定子磁链和转子磁链磁链和转子磁链 气隙磁链 - 互感 定子磁链 - 定子全电感rsaiimmLLmLrsrssasiiiimsmsmLLLLL)(smsLLL异步机矢量控制系统异步机矢量控制系统 转子磁链

11、 - 转子全电感 忽略 项后 - 定转子总漏感 不易测量，且 ，所以近似认为 rmrLLL rsLLLrsrsrariiiirmrmmLLLLL)(msrLLLssssriiLLLLLLLrmrsrm)()()(rLmrLLmrLL ssssriiLLLrs)(异步机矢量控制系统异步机矢量控制系统2. 异步机矢量控制原理异步机矢量控制原理 选择 为基准矢量(按 定向)，按由 三个矢量组成的四边形计算转矩。 转子磁链幅值 ( -转子時间常数) 只与 有关，与 无关，实现解耦-按 定向的原因。rrrrsii,rmLLsmrrriLdtdT1srmidikT2Yrsi1si2rrrrrLT/异步机矢

12、量控制系统异步机矢量控制系统转矩和磁链公式与直流机类似，通过控制 和 便可控制转矩和磁链。si1si2异步机矢量控制系统异步机矢量控制系统转速调节器输出转矩给定信号，除磁链Y得转矩电流给定 ；根据磁链给定值，计算磁化电流给定 ，二者为直流量。经二个直流电流调节环节，输出直流定子电压给定 ，经极坐标VA，算出电压给定矢量幅值 和幅角 (电压给定矢量和磁链夹角)。电压给定矢量和轴夹角用 和 经极坐标2/3变换得三相交流电压给定 ，送至PWM形成环节。 *2si*1si*sU*sU u*2*1,ssuu1.usuu1.TSRsu.*异步机矢量控制系统异步机矢量控制系统磁链幅值 和位置角 用电机模型计算。电压模型MV 原理 再用极坐标VA计算幅值和位置角。低速時电势值小，MV误差大，只能用于5以上。问题：纯积分漂移； 采样滯后。rsdte)()(dtdiLiruedtedtdiLiruedtesssrrrrsssrrrr异步机矢量控制系统异步机矢量控制系统西门子的MVYYdtedtesssss/21图图6-12 数字系统电压模型在恒磁时的仿真结数字系统电压模型在恒磁时的仿真结c) 新模型，加新模型，加 补偿补偿a) 传统模型；传统模型；b) 新模型，未加新模型，未加 补偿；补偿；s s 异步机矢量控制系统异步机矢量控制系统异步机电