电力拖动控制系统

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ψ，可以通过满秩的线性变换，变换到另一坐标系uu'Cuii'Ci=C•若假定变换前后的功率不变，有，令，则：T-1=CCTiu=CCE=ui=CCC是正交变换•以3相变换到2相为例，有：adqcoscos(120)cos(240)2sinsin(120)sin(240)31112223s/2rC•各变换式与10章的相比，仅矩阵前的系数不同。得到上式的整个变换过程中仅仅考虑了θ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θ角的二相系统的变换。当d轴不旋转时，θ角是一个恒值，θ＝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。、/ddt1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1111000000000000dssssdsmmdrqssssqsmmqrssssruRLpLiLpLiuLRLpiLLpiuRLpii2。转子电压方程在d、q、0坐标系下的表达式为000000000000drmsmdsrrsrdrqrsmmqssrrrqrrsrrruLpLiRLpLiuLLpiLRLpiuiRLpi3。电磁转矩在d、q、0坐标系下的表达式为()PmqsdrdsqrTnLiiii同步电机的d轴具有确切的几何概念和物理概念，而异步电机的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abcssabcsabcsRpuiψ左乘3/2srC11003/23/203/23/20dqsSdqssrsrdqssrsrdqsRppuiCCCC13/23/21010100000srsrpCC11/ddt1111000000000000dssssdsmmdrqssssqsmmqrssssruRLpLiLpLiuLRLpiLLpiuRLpii得coscos(120)cos(240)2sinsin(120)sin(240)31112223s/2rC0110120dqsdqsdqrLiLi11000000sssLLLL120000000mmLLL1003/23/20[]dqssdqssrsrdqsRpUiCC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：111100000sssmmMsMssssmmTsTsmrrMrsmsrrTrRLpLLpLiuLRLpLLpiuLpRLpiLLRiω0sasraMsisFsi1MrTsiT12s空间矢量图rcrrbrrarrcba是低频变化的时间相量是同步速旋转的空间矢量要区分：arr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、T坐标系下的电压方程为：mPTsrrLTniL转矩方程为：mTssrrLiT转差频率与定子电流之间的关系为：11rMrrmrMsrrMsmrpiRLTpiiLTp+或＝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r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ω0sasraMsisFsi1MrTsiT12s11mPTsrrmrMsrsmsTsrrLTniLLiTpLiT0TaffaaeTCIKInnnRnIC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。MsirTsi2．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（θ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。VIVRC3~MLdVIVR3~M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。ω0sasraMsisFsi1MrTsiT12s3．矢量控制系统的原理性框图运算三相→二相3s/2r检测主电路及电机控制、驱动比较、调节、运算二相→三相2r/3S*Msi*Tsi***,,abciii计算机实现给定速度ω反馈量旋转的M、T坐标系的量静止的a、b、c坐标系的量坐标变换*1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，θ1可以通过位置检测器直接检测得到。3s/2s[C3s/2s]VR[C2s/2r]÷θ1θ1ΨriTsiMssisiTsiMsiasibsicsisincos/rmTL1mrLTp1P1sin1coss111mPTsrrmrMsrsmsTsrrLTniLLiTpLiT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θ1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*r*TsiGF*s*simrLT*s*1*1PDS*1()smrLpT1*Msi+VRK/P1TG+KPWWsiVRVI*ssMsiTsiiibiai+S++*SASRACRATR函数发生器3~~+-*-++脉冲分配器32ssp111mPTsrrmrMsrsmsTsrrLTniLLiTpLiT•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•函数发生器——•iMs的得到•11、、sr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*Msi-VRD*rr*TsiGF*si*si-1*ci*ai*bi--*T电流变换及磁链观察*Tsir1cos1sinaibiBRT电流滞环型PWM逆变器ASR转矩调节器磁链调节器3~*mprLnL23ssT11mPTsrrmrMsrsmsTsrrLTniLLiTpLiT•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α、β坐标•2s/3s变换——α、β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）dUaNubcaaubucuPN11.5.1电压源型逆变器的电压空间矢量下桥臂导通上桥臂导通01{xS定义开关函数Sx（x=a,b,c）为)(u010)110(u)011(u)000(u4(100)u,a)001(u)101(u)111(u①②③④⑤⑥若(Sa,Sb,Sc)＝（1,0,0），电压瞬时值为uaN＝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231313adbdcduUuUuU电压空间矢量定义：23()abcuuaubuc这时的电压空间矢量则为42(100)3duUa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①~⑥，11.5.2产生任意电压空间矢量的PWM调制原理6refu)110(6urefu)100(4u4refu00000xyyxrefrefxrefyxyTTTTTTTuu+uuuTTTrefrefxrefyuuu04440refTTuuuTT为了取得较好的效果，三个空间矢量安排方式的原则应是：①每次矢量的切换应只改变一个主开关元件；②切换次数应尽可能少，以减少开关损耗；③所产生的谐波分量应力求影响最小；④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0uaubucuat24u6u2u3u1u5u4u6uu5u①②③④⑤⑥①⑥uarefubrefucrefu0u4u6u7u6u4u0u7uT40T24T26T40T40T26T24T40Ta）b）c）6refu)110(6urefu)100(4u4refu0例：扇区①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T04等分均分SPWM规则采样II法2．低开关损耗模式SaSbSc0u4u6u4u0uT20T24T6T24T20T①②③④⑤⑥1(001)u2(010)u3(011)u4(100)u5(101)u6(110)uSVPWM在6个扇区的对称调制模式0-1-3-7-3-1-00-4-5-7-5-4-00-4-6-7-6-4-0一个周期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60refyurefxurefuEA'DAxmax)(refuyuyy60BCOFxuyyz结论是：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