交流电动机矢量控制.ppt

第一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.1 交流电动机动态数学模型交流电动机动态数学模型第三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。SdSB第六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。pkWNpkWNww22211122（6-1） 第七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.1.1 磁链方程式磁链方程式1. 两线圈的主磁链两线圈的主磁链N磁链等于导电线圈匝数磁链等于导电线圈匝数N与穿过该线圈各匝的平均磁通量与穿过该线圈各匝的平均磁通量的乘积，故又称磁通匝。的乘积，故又称磁通匝。根据法拉第电磁感应定律，当磁通随时间变化时，在线圈中将产生根据法拉第电磁感应定律，当磁通随时间变化时，在线圈中将产生dedt （6-3）感应电动势。该电动势等于磁链随时间变化率的负值。感应电动势。该电动势等于磁链随时间变化率的负值。e式中，电动势式中，电动势与磁链与磁链的方向的选取符合右手螺旋定则。的方向的选取符合右手螺旋定则。第八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。1i1i 1i1 110mN iBlr0p22rp0111 11 1122()mmmrlBlN iN iFp 02mrlpm第九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。211212 121121 1()mNNN iL i2i121 212212 2()mNNN iL i1221LL第十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。 一个磁势的幅值为一个磁势的幅值为F2sin ,距线圈距线圈1轴轴线线90空间电角度空间电角度 另一磁势的幅值为另一磁势的幅值为F2cos,位于线圈位于线圈1的轴的轴线上线上 图6-2 磁势的分解及主磁链 第十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。212221212112)cos(coscosiLiNNFNNmm主互感：为两线圈轴夹角主互感：为两线圈轴夹角的函数，它等于两线圈轴线重合时的主互感的函数，它等于两线圈轴线重合时的主互感L12乘以两轴线夹角乘以两轴线夹角（电角度）的余弦。（电角度）的余弦。 (7-6) 第十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。iLNiNFNNlll2NLl第十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。3. 定子三相绕组的磁链定子三相绕组的磁链AlAAAABACaAbAAc)()(AcAbaAACABAAAlA第十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。111111111112121211112(cos0cos120cos240 )coscos(120 )cos(240 )11() coscos(120 )cos(240 )22AAmAmBmCmambmcl AABCabcNN iNN iNN iNN iNN iNN iNN iL iLiiiLiii 211NLlmNL2111mNNLL212112第十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。)120cos(cos)240cos()2121(12111cbaCBABlBiiiLiiiLiLcos)240cos()120cos()2121(12111cbaCBAclCiiiLiiiLiL)()(BcBbaBBCBBBABlB)()(CcCbCaCCCBCAClC第十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。4. 转子三相绕组的磁链转子三相绕组的磁链)120cos()240cos(cos)2121()120cos()240cos(cos)240cos120cos0cos()()(21222121212222222222CBAcbaalCmBmAmcmbmamaaCaBaAacabaaalaiiiLiiiLiLiNNiNNiNNiNNiNNiNNiNN)240cos(cos)120cos()2121(2222CBAlcbablbiiiLiiiLiLcos)120cos()240cos()2121(21222CBAcbaclciiiLiiiLiL第十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。5三相异步电动机磁链的矩阵方程式三相异步电动机磁链的矩阵方程式111111111111111111111121212121212121212112211221122coscos(240 )cos(120 )cos(120 )coscos(240 )cos(240 )cos(120 )coslABlClabcLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL121212121212121212222222222222222222222coscos(120 )cos(240 )cos(240 )coscos(120 )cos(120 )cos(240 )cos112211221122ABClablclLLLLLLiLLLiiLLLLiiLLLLiLLLL = Li（6-18）第十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.1.2 电压方程式电压方程式dtdirudtdirudtdiruCCCBBBAAA111dtdirudtdirudtdirucCcbbbaaa222第二十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。dtdP 111222000000000000000000000000000000AAABBBCCCaaabbbcccuiruiruirPruiruiruiPRiUiLLPiRiU第二十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。RiLPiiL第二十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.1.3 转矩方程式转矩方程式第二十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。eMmecWWWeWMWmecWdtmecMedWdWdW第二十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。pdTdWmecRRSSSRRRRSSRSSRSRRSRSSedLidLidLiidiiLiLdiiLiLiLiLdiiLiLdidididteieidtriuiriuidW22212122112112221122112211222211112)()()()()()()(111LLLlSS222LLLlRRcos)(12LLSRcos)(21LLRSlL1lL211L22L2112LL第二十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。0d( )0dLdtMedWdW222111)(diiLi idLdiiLdWRRSRSSM2221212121iLiiLiLWRRSRSSM第二十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。d( )dLdt21didi 及dRRSSSRRSRRSRSSMdLidLidLiidiiLiLdiiLiLdW2221212121212121)()(第二十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。MedWdWdpT)(222122121ddLiddLiiddLiiddLipTRRRSSRSS第二十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。21212iiddLddLddLddLiipTRRRSSRSSlL1lL211L22LddLSSddLRR2121002iiddLddLiipTRSSR第二十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。iLLi002RSSRTpTTABCabciiiiiii)120sin()120sin()(sin)()12bCaBCAaCcBbAcCbBaAiiiiiiiiiiiiiiiiiipLT第三十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。2mmLmddTTJRKdtdtLTJRKmp第三十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.2 空间矢量空间矢量6.2.1 空间矢量的定义空间矢量的定义6.2.2 空间矢量的变换空间矢量的变换6.2.3 异步电动机空间矢量方程式异步电动机空间矢量方程式 第三十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.2 空间矢量空间矢量6.2.1 空间矢量的定义空间矢量的定义第三十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第三十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。1 02今取A轴为参考轴，则A轴的单位矢量为 ，B轴的单位矢量为 ，C轴的单位矢量为 ，如式6-38所示。 012022401 0113221322jjjeejej （6-38）这三个轴上的单位矢量之间有如下关系210（6-39）第三十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。取定子A轴为参考轴，则三相时间变量 、 、 的空间矢量可表示为 ( )Axt( )Bxt( )Cxt 2()AABCk xxxx（6-40）为了方便空间矢量与瞬时量之间的变换，在定义空间矢量的同时，也定义一个零轴分量，即：00()ABCxkkxxx（6-41）k0k关于 和 有以下几种取值方法： 23k 012k 和时，为功率不变变换，也就是坐标变换前和坐标变换后，功率不变。 23k 和012k 时，为幅值不变变换，也就是坐标变换前和坐标变换后，空间矢量的幅值与单个变量的幅值相同。 第三十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。为了更好地理解空间矢量，下面以求异步电动机定子磁势空间矢量 为例，来说明其物理意义。1FA第三十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第三十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第三十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.2.2 空间矢量的变换空间矢量的变换图 6-6 空间矢量的变换第四十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第四十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.2.3 异步电动机空间矢量方程式异步电动机空间矢量方程式1. 定子磁链空间矢量方程式定子磁链空间矢量方程式第四十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第四十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。2. 转子磁链空间矢量方程式转子磁链空间矢量方程式第四十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第四十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。3. 定子电压空间矢量方程式定子电压空间矢量方程式第四十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。4. 转子电压空间矢量方程式转子电压空间矢量方程式 第四十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第四十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。5. 用空间矢量表示的异步电动机电磁转矩方程用空间矢量表示的异步电动机电磁转矩方程第四十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.3 异步电动机的坐标变换异步电动机的坐标变换6.3.1 坐标变换的意义坐标变换的意义在电机理论中，为简化电机基本方程式的求解，常采用变量变换的方法，在电机理论中，为简化电机基本方程式的求解，常采用变量变换的方法，即用一组新变量（如电压、电流等）代替基本方程式中的实际变量。这即用一组新变量（如电压、电流等）代替基本方程式中的实际变量。这种变量变换就是坐标变换。种变量变换就是坐标变换。第五十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。yAZBxCxxCxxxyABFxCxxxCxx（6-66）（6-67）第五十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第五十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。图图6-7 异步电动机定子电流坐标变换的意义异步电动机定子电流坐标变换的意义 第五十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.3.2 3相相/6相坐标变换的一般公式相坐标变换的一般公式图图6-8 ABC坐标系与坐标系与xy坐标系的变换坐标系的变换 第五十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第五十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第五十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第五十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第五十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第五十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.3.3 3相相/2相之间的静止变换相之间的静止变换第六十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第六十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第六十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.3.4 2相相/2相之间的旋转变换相之间的旋转变换第六十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第六十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.3.5 3相相/2相之间的旋转变换相之间的旋转变换第六十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。得：1111110111111111111122cossin0233sincos003220011112223131cossincossincos222221313sinsincossincos32222111222MATBCiiiiii111111coscos(120 )cos(120 )2sinsin(120 )sin(120 )3111222ABCABCAABCMTBCiiiiiiiCii（6-92）第六十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第六十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.3.6 直角坐标系与极坐标系之间的变换直角坐标系与极坐标系之间的变换第六十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。图6-11 直角坐标系与极坐标系之间的变换第六十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.4 异步电动机在两相坐标系上的数学模型异步电动机在两相坐标系上的数学模型6.4.1 异步电动机在任意两相坐标系上的数学模型异步电动机在任意两相坐标系上的数学模型第七十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第七十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第七十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第七十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第七十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.4.2 异步电动机在两相静止坐标系上的数学模型异步电动机在两相静止坐标系上的数学模型第七十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第七十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.4.3 异步电动机在转子两相旋转坐标系上的数学模型异步电动机在转子两相旋转坐标系上的数学模型第七十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第七十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.4.4 异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型第七十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第八十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第八十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.5 异步电动机的矢量控制异步电动机的矢量控制6.5.1 矢量控制的基本思想矢量控制的基本思想第八十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。图图6-12 他励直流电动机工作原理他励直流电动机工作原理他励直流电动机是一种动态性能很好的电气传动装置。由于他励直流电动机是一种动态性能很好的电气传动装置。由于其结构上的特点，所以它的电磁转矩和磁场都很容易控制其结构上的特点，所以它的电磁转矩和磁场都很容易控制可以用图中等效模型来代替实际的他励直流电可以用图中等效模型来代替实际的他励直流电动机。动机。第八十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。笼型转子异步电动机的原理图和等效变换后的原理图如图所示笼型转子异步电动机的原理图和等效变换后的原理图如图所示 第八十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第八十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第八十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。图图6-14 异步电动机矢量控制系统的原理框图异步电动机矢量控制系统的原理框图 应用空间矢量和坐标变换，应用空间矢量和坐标变换，仿效直流电动机调速系统，可以仿效直流电动机调速系统，可以形成异步电动机矢量控制系统的形成异步电动机矢量控制系统的原理框图。原理框图。 如果将虚框中的内容删除，则就是如果将虚框中的内容删除，则就是典型的直流电动机调速系统。典型的直流电动机调速系统。 第八十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.5.2 异步电动机的矢量控制原理异步电动机的矢量控制原理第八十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第八十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第九十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第九十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第九十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第九十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第九十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第九十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.5.3 转子磁链模型计算转子磁链模型计算图图6-16 转子磁链定向矢量控制图转子磁链定向矢量控制图第九十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。1. 电压模型法电压模型法电压模型法主要应用定子电压和定子电流的检测值，根据异步电动机在两相静止坐标系下的数学模电压模型法主要应用定子电压和定子电流的检测值，根据异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型来计算转子磁链空间矢量的幅值和相角。型来计算转子磁链空间矢量的幅值和相角。第九十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第九十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第九十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。图6-17 电压模型法转子磁链运算电路框图第一百页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6电流模型法电流模型法电流模型法主要应用定子电流和速度的检测值，根据异步电动机在两相静止坐标系下电流模型法主要应用定子电流和速度的检测值，根据异步电动机在两相静止坐标系下的数学模型来计算转子磁链空间矢量的幅值和相角。的数学模型来计算转子磁链空间矢量的幅值和相角。 第一百零一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百零二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。图图6-18 电流模型法转子磁链运算电路框图电流模型法转子磁链运算电路框图第一百零三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。3转差频率模型法转差频率模型法第一百零四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。图6-19 转差频率模型法转子磁链运算电路框图第一百零五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6.5.4 异步电动机矢量控制系统异步电动机矢量控制系统1. 基于电压模型法的电压型基于电压模型法的电压型SPWM矢量控制系统矢量控制系统图6-20 基于电压模型法的电压型SPWM矢量控制系统第一百零六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百零七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百零八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百零九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百一十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。6. 基于电流模型法的电压型基于电流模型法的电压型SPWM矢量控制系统矢量控制系统图6-21 基于电流模型法的交直交电压型SPWM矢量控制系统第一百一十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百一十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。3. 基于转差频率模型法的电压型基于转差频率模型法的电压型SVPWM矢量控制系统矢量控制系统图6-22 基于转差频率模型法的交直交电压型SVPWM矢量控制系统第一百一十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百一十四页，编辑于星期六：十五点 三十一分。4. 基于电流模型法的电流型矢量控制系统基于电流模型法的电流型矢量控制系统图6-23 基于电流模型法的交直交电流型矢量控制系统第一百一十五页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百一十六页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百一十七页，编辑于星期六：十五点 三十一分。 第一百一十八页，编辑于星期六：十五点 三十一分。（2）基于模型参考自适应的转速估算。）基于模型参考自适应的转速估算。 第一百一十九页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百二十页，编辑于星期六：十五点 三十一分。 第一百二十一页，编辑于星期六：十五点 三十一分。第一百二十二页，编辑于星期六：十五点 三十一分。图图6-24 模型参考自适应控制法（模型参考自适应控制法（MRAS）的转速估算）的转速估算 第一百二十三页，编辑于星期六：十五点 三十一分。