电力拖动与运动控制课件8--矢量控制技术

第七章矢量控制技术（VectorControl）CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术2T型等效电路'rE1U1E1ImI'2I'21Rs1R111Xl1mXM''212Xl1f2'11'12reEsTmpR温故而知新2smm'2eTKR2111'12eEsTmpR上述第6章研究的调速方法均针对稳态时的情况！CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术3矢量控制技术现代交流调速系统对动态性能要求较高，必须对交流电动机的动态过程进行分析，即分析瞬态的电流、电压、转速、动态数学转矩以及模型它们之间的关系。因此，首先需要建立交流电动机的，进而以此为基础，分析研究交流电动机的调速性能。由于建立动态模型过程中需用到坐标变换，而进行坐标变换的是代表磁动势的电流空间矢量，所以这种控制方式被称为矢量控制CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术4主要内容异步电动机等效电路变换T型等效电路通用等效电路不对称T型等效电路坐标变换矢量控制异步电动机数学模型基本方程d-q轴理论状态方程式电磁转矩与运动方程式重点内容CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术5主要内容矢量控制思路矢量控制类型直接型矢量控制间接型矢量控制矢量控制系统电流源驱动异步电动机矢量控制系统电压源驱动异步电动机矢量控制系统带有直流控制环的异步电动机矢量控制系统CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术6一、异步电动机等效电路变换Ｔ型等效电路通用等效电路不对称Ｔ型等效电路CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术7１．Ｔ型等效电路异步电动机等效电路变换T型等效电路'rE1U1E1ImI'2I'21Rs1R111Xl1mXM''212Xl1fT型等效电路并非交流电动机唯一的等效电路！CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术82211111121222111mmmRjXjXUsZRjXRjXRIjXXRjXsjXs从定子侧看的输入阻抗为2223emRPIs电磁功率１．Ｔ型等效电路异步电动机等效电路变换'rE1U1E1ImI'2I'21Rs1R111Xl1mXM''212Xl1fCSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术9１．Ｔ型等效电路异步电动机等效电路变换'111111112'1112mmmmmURjXIjXIRjXIjXIIRjXXIjXI'''22221222'21220mmmmmRRjXIjXIjXIIjXIssRjXIjXXIs'rE1U1E1ImI'2I'21Rs1R111Xl1mXM''212Xl1fCSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术1011111''22220mmmmRjXXjXIIUZRjXjXXIIs电压平衡方程式１．Ｔ型等效电路异步电动机等效电路变换11''22100IIIaIa令101000TaCCCaa设为任意常数，定义变换矩阵　　11'20IUZCIaTCTCCSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术11２．通用等效电路异步电动机等效电路变换11112'22220mmmmRjXXjaXIUaRIjaXjaXXas11'211111'2111111mmmmmmIURIjXXIjaXaIRIjXaXIjaXaIIaXIaX2''2222122'''222/'2222120mmmmmmmIIjaXjaRIIjaXIjaXXaasaRIIIjaXIjaXXaXaaasaXaamImICSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术12２．通用等效电路异步电动机等效电路变换'21mIIIa令通用等效电路1U1ImI'2Ia22aRs1R11mXaXmaX22mmaXXaX1fCSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术13２．通用等效电路异步电动机等效电路变换1111122222211221111mmmmmmUZIRjXaXaRjaXjaXXaXsRjXjXsRjXRjXXs从定子侧看的输入阻抗为22''2222233emaRIRPIsas电磁功率为CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术14结论：•由于a为任意常数，异步电动机等效电路从理论上讲不是唯一的，它可以有无数个•由于定子侧输入阻抗不变，定子电流与a无关。即使a发生变化，定子电流也不会发生变化•转子电流与a有关，励磁电流也随a值变化而变动２．通用等效电路异步电动机等效电路变换CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术15•T型等效电路的折算原则是保持电动机气隙磁通恒定•事实上可以考虑其它的折算原则：保持转子总磁通恒定（T-I型等效电路）•办法：在通用等效电路中选择合适的a值２．通用等效电路异步电动机等效电路变换CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术16111222111111211212111mmmmXalaMlMaMalMaMaXLaMaXXaXaLaMXaM３．不对称Ｔ型等效电路异步电动机等效电路变换112212LlMLlMLL，、分别为定、转子等效电感通用等效电路1U1ImI'2Ia22aRs1R11mXaXmaX22mmaXXaX1fCSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术172220aLaMMaL令，则.TIa－型等效电路３．不对称Ｔ型等效电路异步电动机等效电路变换''2'2111'1111290mdqmdqdqIIaIIIIaIIIII励磁电流与转子电流成正交令=，=，则－励磁电流－转矩电流励磁电抗离定子端较远，离转子端较近，它反映转子磁特点特点2链1：：矢量控制等效电路1U1I'mI'2Ia22aRs1R1LaMaM1f2CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术18二、坐标变换坐标变换为推导交流电动机数学模型服务2坐标变换原则：1磁势不变功率不变''''''''''TTiuiuTTTTTiuiuTiuiuiuiuiuiCiuCuCCCiuiCCuiuCCECCCCCE变换前：、；变换后：、；则：因为：；，、为电流、电压变换阵则：，即：单位阵取，则需，为正交变换阵CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术19二、坐标变换3--3dqdq变换三相静止坐标二相静止坐标变换二相静止坐标二相旋转坐标变换三相静止坐标二相旋转坐标各坐标变换矩阵适用于异步电动机的电压、电流、磁链的坐标变换CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术201.3-变换33ABCCKiiCiii设变换矩阵为，变换系数为，则有三相绕组与二相绕组的轴线设定AiiiBiCi目标：将三相静止坐标变换成二相静止坐标CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术211.3-变换33cos90cos30cos3002211sin90sin30sin30122ABCABCABCABCiKiiiKiiiiKiiiKiii3302211122ABCiiKiii33302211122CK33TCCE23K3330222311122CCSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术22目标：二相静止坐标变换成二相旋转坐标2.-dq变换11dqddt：静止坐标系：旋转坐标系：角速度：轴和轴的夹角cossinsincosdqdqiiiiii二相静止坐标与旋转坐标轴的设定CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术23cossinsincosdqiiiicossinsincosdqdqC则的变换矩阵为2.-dq变换cossinsincosTdqdqdqCC的变换矩阵为CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术24目标：将三相静止坐标变换成二相旋转坐标3dq方法：通过变换和变换得到3.3dq变换3ABCiiCiiiddqqiiCii3AddqBqCiiCiii323dqC为矩阵，为使得变换前后电流一一对应，变换矩阵必须可逆。CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术253.3dq变换33330221133122CCKkkk将处理成方阵：33CCE332100010002CCk12k3330222111223111222C则有：CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术2600cossin033sincos0001ddqqiiCiiii将处理成方阵：0i是为了凑成方阵而假想的一个零轴分量3.3dq变换0001300ABCiiiiii通常取当三相交流电平衡时，；否则，CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术273333022cossin0211sincos0122300111122224sinsinsin33224coscoscos333111222dqdqCCC3.3dq变换CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术28二、坐标变换坐标系特点：静止坐标系中的各物理量是交流量旋转坐标系中的各物理量是直流量静止坐标系包括二相静止坐标系和三相静止坐标系各物理量包括电压、电流和磁链动画演示CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术29三、矢量控制异步电动机数学模型二轴理论•异步电动机的基本方程•异步电动机的二轴理论•异步电动机的状态方程•异步电动机的电磁转矩•异步电动机的运动方程式CSSSE2019/8/4第七章矢量控制技术30在研究异步电动机数学模型时，作如下假设：1.三相绕组对称，所产生的磁势沿气隙圆周正弦分布；2.忽略磁饱和，绕组自感和互感都是线性的；3.忽略铁损耗的影响；4.无论是绕线式异步电动机