(电力拖动控制系统)1.ppt

1、第11章异步电机矢量控制变频调速系统,11.1 异步电动机的多变量数学模型和坐标变换,11.1.1 异步电动机基本方程的矩阵表示法,1 电压方程（转子折算后）,2磁链方程,3转矩方程,要求建立物理慨念， 知道推导的思路， 详细推导不作要求,式中：,定子自感矩阵,转子自感矩阵,定转子互感矩阵,以上方程都是在 a、b、c 坐标系下推得,Lsr是r的函数,11.1.2 功率不变条件下的坐标变换,对前面的电压向量u、电流向量i、磁链向量，可以通过满秩的线性变换，变换到另一坐标系,若假定变换前后的功率不变，有 ，令 ，则：,是正交变换,以3相变换到2相为例，有：,各变换式与10章的相比， 仅矩阵前的系数

2、不同。,得到上式的整个变换过程中仅仅考虑了角，并没有涉及转速的快慢及是否与旋转磁场同步。上式所示的变换只是静止三相系统向 d 轴与 a 轴有一个夹角为 角的二相系统的变换。当 d 轴不旋转时， 角是一个恒值，0 时，就是 a、b、c 、0 的变换式。设 ，当 时，得到的是变换到同步速坐标系中的方程；当 时，得到的是变换到异步电动机转子坐标系中的方程。,11.1.3 异步电动机在d、q、0坐标系下的数学模型,1。定子电压方程在d、q、0坐标系下的表达式为,2。转子电压方程在d、q、0坐标系下的表达式为,3。电磁转矩在d、q、0坐标系下的表达式为,同步电机的 d 轴具有确切的几何概念和物理概念，而

3、异步电机的 d 轴相对定、转子都在运动，其几何概念是不可能具备的，其物理概念也无特定的含义。 因此，可以进一步规定它的方向，使它具备一定的物理含义，这将使所得到的方程更为简化。这就是下面的M、T坐标系。,用坐标变换把a、b、c 坐标系统下的方程变换到d、q、0坐标系统：,例：定子电压方程变换的推导过程,左乘,得,11.1.4异步电动机在M、T坐标系下的数学模型,规定 d 轴取在转子综合磁链矢量的轴线上，并称之为M轴（转子励磁轴线），超前于它90的 q 轴则称之为T轴（转矩轴）。,转子综合磁链矢量的定义：,空间矢量图,条件： 不考虑零序分量 M轴取在 的轴线上 异步电动机转子端电压为零,可得到M

4、、T坐标系下的电压方程为：,转矩方程为：,转差频率与定子电流之间的关系 为：,转子磁链与定子电流之间的关系 为：,控制的是定子电流和由定子电流产生的转子磁链，所以，都用这两个量表示，有,11.2异步电动机矢量控制原理,11.2.1异步电动机矢量控制的数学模型,异步电动机,直流电动机,可见，这两个数学模型非常相似， 直流电动机的 Ia 、If 是从定、转子分别输入而可独立控制的； 异步电动机的 iMs 、iTs 是同一个定子电流综合矢量的两个分量。,称此式（11-52）为异步电动机的等效直流电动机模型，这个模型也就是异步电动机矢量控制的基础。,11.2.2异步电动机矢量控制原理,1控制原理,控制

5、 使 恒定，这时通过对 的控制就能控制电机的输出转矩，从而达到调速的目的。,2实现方法,对于变压（VV）、变频（VF）两个环节分离的交-直-交系统,对于变压变频（VVVF）都是由电压源型的PWM逆变桥来完成的交-直-交系统,把iMs 、iTs经过直角坐标/极坐标变换（K/P变换），得到 is 的大小 及方向（ 角）。 其大小由可控整流桥通过控制移相角来控制， 其方向（角度）由逆变桥采用自控式变频的方式来跟随。,可以把iMs 、iTs经过坐标变换得到ia、ib、ic的三相电流瞬时值。 用电流跟踪产生PWM波形的滞环型逆变器跟踪控制ia、ib、ic的瞬时值的大小，这就最终控制了 is 的大小及方向

6、。,3矢量控制系统的原理性框图,在M、T坐标系下，进行给定、比较、调节、运算等运算及控制的工作，,在a、b、c坐标系下: 1. 实现输出 2. 反馈量检测,中间桥梁：坐标变换部分,11.2.3 磁通观察器,同步电动机定向的参考依据是d 轴的方向， 1可以通过位置检测器直接检测得到。,一种磁通观察器的运算框图,异步电动机中定向的参考依据是M轴的方向，或者说是转子综合磁链矢量的方向。 M轴与 a 轴的夹角1 只能用“间接测量法”测量，这就是“磁通观察器”。,11.3 转差频率控制交-直-交电流源型变频调系统的矢量控制,K/P变换 可控整流桥 六拍输出 变频 初始相位进行修正,速度环iTs 函数发生

7、器 iMs的得到,11.4 磁链闭环控制的电流跟踪型PWM异步电动机变频调速系统,速度环、转矩环、磁链环 电流变换及磁链观察磁通观察器 VR-1变换旋转变换，M、T坐标变换到、坐标 2s/3s变换、坐标变换到a、b、c坐标 电流滞环型PWM逆变器，跟踪3相电流的指令,在M、T坐标系下，进行给定、比较、调节、运算等运算及控制的工作，,在a、b、c坐标系下: 1. 实现输出 2. 反馈量检测,中间桥梁： 坐标变换部分,11.5 空间矢量脉宽调制（SVPWM）,11.5.1 电压源型逆变器的电压空间矢量,定义开关函数Sx（x=a,b,c）为,若(Sa ,Sb,Sc)（1,0,0），电压瞬时值为uaN

8、Ud，ubN =0，ucN =0。再加上异步电动机三相相电压ua、ub、uc之和等于零的约束条件，可得,电压空间矢量 定义：,这时的电压空间矢量则为,向量（Sa,Sb,Sc）的全部可能组合只有8个：,2个零矢量 6个特定矢量,6个特定空间矢量把平面分成6个扇区，如图把它们分别标记为，,11.5.2 产生任意电压空间矢量的PWM调制原理,为了取得较好的效果，三个空间矢量安排方式的原则应是： 每次矢量的切换应只改变一个主开关元件； 切换次数应尽可能少，以减少开关损耗； 所产生的谐波分量应力求影响最小； 易于实现。,11.5.3 产生任意电压空间矢量的调制方法,上式只表明了三个空间矢量存在时间的数量

9、关系，并没有规定三个矢量的先后次序及存在于一个周期中的哪一段。从原理来说，都没有关系，因此可以有无穷多种安排方式。,11.5.3 产生任意电压空间矢量的调制方法(续),1对称调制模式,例：扇区 的SVPWM对称调制模式,导通开关模式的次序：0-4-6-7-6-4-0,时间安排: 把T0 4等分均分,SPWM规则采样II法,2低开关损耗模式,SVPWM在6个扇区的对称调制模式,0-1-3-7-3-1-0,0-4-5-7-5-4-0,0-4-6-7-6-4-0,一个周期T中的开关次数将由6次减少到4次，使开关损耗有所降低 。,把u7改成u0并移到两边去 。,11.5.4SVPWM的最大输出电压,结

10、论是：SVPWM所输出的最大幅值电压矢量端点的轨迹是6个特定矢量端点所连成的正六边形 。,当T00时，Tx、Ty 占满了整个调制周期的时间， 将到达该位置条件下的最大值。,记 、 的长度为1 ，则：,SVPWM 比 SPWM 的直流利用率提高了15.47%,对不控整流桥，有,即：,11.6异步电动机采用SVPWM的变频调速系统,SVPWM的矢量图及运算框图,11.6.1 异步电动机他控式SVPWM变频调速系统,11.6.2 异步电动机SVPWM矢量控制变频调速系统,电流电压变换问题 及其数学模型,电压源型逆变器用电压控制的模式工作更为有利。为实现电压控制的模式工作，电流指令应先变换成电压指令，

11、才交由主电路去执行。,系统原理图,不作要求的章节如下： 2.8.3 限流截止负反馈 3.4 逻辑控制无环流可逆调速系统 5.4 电磁转差离合器调速系统 8.1.2 晶闸管电流源型逆变器工作原理 8.4 异步电动机电压源型交-交变频调速系统 9.2 开关磁阻电机 9.3 同步电动机交-直-交自控式变频调速系统（直流无换向器电机） 9.4 同步电动机交-交自控式变频调速系统（交流无换向器电机） 11.1 异步电动机的多变量数学模型和坐标变换的详细推导,选择题参考答案,勘误:,1（40分，每空1分）填空及选择。 （若题后有可供选择的答案则可填正确答案的标号） 1）电力拖动系统稳定运行点的条件是_。

12、电动机机械特性与负载机械特性的交点； 电动机机械特性与负载机械特性的交点，且 dT/dndTl/ dn； 电动机机械特性与负载机械特性的交点，且dT/dndTl/ dn 。 2）在直流VM系统的动态结构图中，其中的Ks/(Ts S+1)环节是晶闸管触发装置加整流桥的传递函数，当采用三相全控桥式可控整流电路时，Ts工程上一般取值为_。 10ms ； 5ms ； 3.33ms ； 1.67ms 。 3）电力拖动系统做旋转运动时的常用运动方程式为_。 4）某直流VM调速系统的，要求的静差率s10。则允许的静态速度降落是_。27； 30； 33； 150； 166.7。 5）三相桥式反并联可逆调速电路

13、一般需要配置_个限环流电抗器；三相桥式交叉连接可逆调速电路需要配置_个限环流电抗器；三相零式反并联可逆调速电路需要配置_个限环流电抗器。 1 ； 2 ； 3 ； 4 ； 5 ； 6 。 6）晶闸管反并联可逆调速电路中，采用、配合控制可以消除_。 直流平均环流 静态环流 瞬时脉动环流 动态环流。,2（6分）简述感应电动机的能耗制动的实现措施、工作原理。 3（6分）画出反并联有环流可逆直流调速系统的系统原理图，电机可以在几象限工作？ 4（6分）次同步串级调速系统电动工况时能量是如何传递的？制动时能量又是如何传递的？画出能量传递简图。 5（6分）简述在电压源型直流PWM可逆调速系统或SPWM逆变器中的泵升电压是怎样产生的？如何限制泵升电压？ 6（6分）画出永磁同步电动机矢量控制变频调速系统的矢量图。简要说明系统的控制原理。 7（10分）图示转速单闭环无静差不可逆可控整流直流调速系统的系统原理图，画出该系统的稳态结