坐标变换和动态数学数学模型的简化幻灯片.ppt
《坐标变换和动态数学数学模型的简化幻灯片.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《坐标变换和动态数学数学模型的简化幻灯片.ppt(49页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、坐标变换和动态数学数学模型的坐标变换和动态数学数学模型的简化简化第1页,共49页,编辑于2022年,星期五v问题的提出问题的提出v三相异步电动机的动态数学模型三相异步电动机的动态数学模型v坐标变换和动态数学模型的简化坐标变换和动态数学模型的简化v矢量控制的变频调速系统矢量控制的变频调速系统v直接转矩控制变频调速系统直接转矩控制变频调速系统v无速度传感器变频调速系统无速度传感器变频调速系统本章提要第2页,共49页,编辑于2022年,星期五3.2 坐标变换和动态数学模型的简化 上节中虽已推导出异步电机的动态数学模型,但是,上节中虽已推导出异步电机的动态数学模型,但是,要分析和求解这组非线性方程显然
2、是十分困难的。在要分析和求解这组非线性方程显然是十分困难的。在实际应用中必须设法予以简化,简化的基本方法是实际应用中必须设法予以简化,简化的基本方法是坐坐标变换标变换。第3页,共49页,编辑于2022年,星期五直流电动机调速性能优异且便于控制是因为其具备以下几个条件:直流电动机调速性能优异且便于控制是因为其具备以下几个条件:v(1)直流电动机的主磁场由直流励磁电流产生,补偿绕组基本上克服了电枢)直流电动机的主磁场由直流励磁电流产生,补偿绕组基本上克服了电枢反应,所以一般认为其反应,所以一般认为其主磁场是一个稳定的直流磁场主磁场是一个稳定的直流磁场。v(2)当电刷位于几何中性线上时,电枢磁场与主
3、磁场在空间是垂直的(互差)当电刷位于几何中性线上时,电枢磁场与主磁场在空间是垂直的(互差90 电角度),电角度),是自然解耦的是自然解耦的。v(3)励磁电流和电枢电流)励磁电流和电枢电流互相独立互相独立,各自在不同的回路中,控制简单,易于,各自在不同的回路中,控制简单,易于实现。实现。v(4)直流电动机的动态数学模型只有一个输入)直流电动机的动态数学模型只有一个输入/输出变量输出变量电枢电压电枢电压/转速,在转速,在工程允许的一些假定条件下,直流电动机可以描述成工程允许的一些假定条件下,直流电动机可以描述成单输入单输出的二阶线性单输入单输出的二阶线性系统系统。第4页,共49页,编辑于2022年
4、,星期五异步电动机和直流电动机相比有着本质上的区别:异步电动机和直流电动机相比有着本质上的区别:v(1)三相异步电动机的定子通以三相平衡正弦交流电流,产生一个)三相异步电动机的定子通以三相平衡正弦交流电流,产生一个随时间随时间和空间都在变化的旋转磁场和空间都在变化的旋转磁场。v(2)转子电流也产生旋转磁场,它和定子旋转磁场相位不同,但稳态)转子电流也产生旋转磁场,它和定子旋转磁场相位不同,但稳态时都是时都是同步旋转的,在空间上不存在垂直关系同步旋转的,在空间上不存在垂直关系。v(3)三相异步电动机(鼠笼式)的)三相异步电动机(鼠笼式)的转子是短路的转子是短路的,只能调节定子电流。只能调节定子电
5、流。v(4)异步电动机的数学模型至少是一个七阶的模型异步电动机的数学模型至少是一个七阶的模型,其输入量为电压,其输入量为电压(电流)和频率,输出量为磁链和转速,是一个多变量系统。在静止的(电流)和频率,输出量为磁链和转速,是一个多变量系统。在静止的A、B、C坐标系中,异步电动机的数学模型为时变方程组。坐标系中,异步电动机的数学模型为时变方程组。第5页,共49页,编辑于2022年,星期五如果能够简化异步电动机的动态数学模型,从而像直如果能够简化异步电动机的动态数学模型,从而像直流电动机那样分别独立控制励磁电流和转矩电流,并流电动机那样分别独立控制励磁电流和转矩电流,并使它们的磁场在空间位置上也互
6、差使它们的磁场在空间位置上也互差90 电角度,就可电角度,就可以获得像直流电动机那样优异的调速性能以获得像直流电动机那样优异的调速性能。由以上分析可以推想:由以上分析可以推想:坐标变换坐标变换第6页,共49页,编辑于2022年,星期五 交流电机的物理模型二、坐标变换二、坐标变换v坐标变换:从一种坐标轴系转换到另一种坐标轴系的变换坐标变换:从一种坐标轴系转换到另一种坐标轴系的变换v矢量控制相关的三种坐标系:静止的三相矢量控制相关的三种坐标系:静止的三相ABC坐标系、静止的二相坐标系、静止的二相、坐标系和旋转的二相坐标系和旋转的二相d、q坐标系;坐标系;v由机电能量转换的基本原理可知,电动机内气隙
7、磁场是进行能量由机电能量转换的基本原理可知,电动机内气隙磁场是进行能量转换的媒介,由定子侧输入的能量正是通过气隙磁场传递到转子转换的媒介,由定子侧输入的能量正是通过气隙磁场传递到转子的。的。v在进行坐标变换时,只要能使变换前后产生的气隙基波合成磁势不变在进行坐标变换时,只要能使变换前后产生的气隙基波合成磁势不变(幅值和空间相位相同),两者就是等效的。(幅值和空间相位相同),两者就是等效的。v因此,因此,磁势不变是不同坐标系间进行变换的一项基本原则。磁势不变是不同坐标系间进行变换的一项基本原则。(一)坐标变换的原则(一)坐标变换的原则第7页,共49页,编辑于2022年,星期五v设在某坐标系下的电
8、路或系统的电压和电流向量分别为设在某坐标系下的电路或系统的电压和电流向量分别为u和和i,在,在新的坐标系下,电压和电流向量变成新的坐标系下,电压和电流向量变成u和和i,定义新向量与原向,定义新向量与原向量的坐标变换关系为量的坐标变换关系为 Cu u=u (3-33)Ci i=i (3-34)其中其中Cu和和Ci分别为电压和电流变换阵。分别为电压和电流变换阵。v当满足功率不变的约束条件时,当满足功率不变的约束条件时,Cu和和Ci的关系为的关系为 CuT Ci=I (3-35)式中式中 I为单位矩阵为单位矩阵。这里对这里对Cu和和Ci的选择并没有加任何约束,它们可以是任意的。的选择并没有加任何约束
9、,它们可以是任意的。第8页,共49页,编辑于2022年,星期五在一般情况下,为了使变换阵简单易记,令在一般情况下,为了使变换阵简单易记,令Cu=Ci=C即把电压和电流变换阵取为同一矩阵,则式(即把电压和电流变换阵取为同一矩阵,则式(3-35)变成)变成 CT C=I 或或 CT=C-1(3-36)式(式(3-36)就是)就是坐标变换满足功率不变的约束条件坐标变换满足功率不变的约束条件,且取电压和,且取电压和电流变换阵相同时对变换矩阵的要求,这样的坐标变换属于正交电流变换阵相同时对变换矩阵的要求,这样的坐标变换属于正交变换。变换。第9页,共49页,编辑于2022年,星期五众所周知,交流电机三相对
10、称的静止绕组众所周知,交流电机三相对称的静止绕组 A、B、C,通以,通以三相平衡的正弦电流时,所产生的合成磁动势是旋转磁动势三相平衡的正弦电流时,所产生的合成磁动势是旋转磁动势F,它在空间呈正弦分布,以同步转速,它在空间呈正弦分布,以同步转速 1(即电流的角频率)(即电流的角频率)顺着顺着 A-B-C 的相序旋转。的相序旋转。ABCABCiAiBiCF1图图a 三相交流绕组三相交流绕组(二)(二)3s/2s变换变换第10页,共49页,编辑于2022年,星期五 旋转磁动势的产生旋转磁动势的产生然而,旋转磁动势并不一定非要三相不可,除单相以外,二相、三相、然而,旋转磁动势并不一定非要三相不可,除单
11、相以外,二相、三相、四相等任意对称的多相绕组,通以平衡的多相电流,都能产生旋转磁动四相等任意对称的多相绕组,通以平衡的多相电流,都能产生旋转磁动势,当然以两相最为简单。势,当然以两相最为简单。不同电机模型彼此等效的原则是:不同电机模型彼此等效的原则是:在不同坐标下所产生的磁动在不同坐标下所产生的磁动势完全一致。势完全一致。第11页,共49页,编辑于2022年,星期五v根据电机学原理,异步电动机三相绕组的作用,完全可以用在空根据电机学原理,异步电动机三相绕组的作用,完全可以用在空间上互相垂直的两个静止的间上互相垂直的两个静止的、绕组来代替,如图绕组来代替,如图3-6所示。由所示。由三相三相ABC
12、轴系变换到两相轴系变换到两相轴系轴系以产生同样的旋转磁势为准则,以产生同样的旋转磁势为准则,并需要满足功率不变的约束条件并需要满足功率不变的约束条件。v将交流电机的物理模型等效地变换成类似直流电机的模式,分析和控将交流电机的物理模型等效地变换成类似直流电机的模式,分析和控制就可以大大简化。制就可以大大简化。坐标变换正是按照这条思路进行的。坐标变换正是按照这条思路进行的。第12页,共49页,编辑于2022年,星期五uCuAuCi600600AuuBBiAiiBiC图3-6 定子ABC轴系到静止轴系的变换第13页,共49页,编辑于2022年,星期五(2)等效的两相交流电机绕组)等效的两相交流电机绕
13、组图B 两相交流绕组 两相静止绕组两相静止绕组 和和 ,它,它们在空间互差们在空间互差90,通以时间,通以时间上互差上互差90的两相平衡交流电的两相平衡交流电流,也产生旋转磁动势流,也产生旋转磁动势 F。当两个旋转磁动势大小和转当两个旋转磁动势大小和转速都相等时,即认为图速都相等时,即认为图b的两相的两相绕组与图绕组与图a的三相绕组等效。的三相绕组等效。Fii1第14页,共49页,编辑于2022年,星期五(3)旋转的直流绕组与等效直流电机模型)旋转的直流绕组与等效直流电机模型1FMTimitMT图c 旋转的直流绕组 第15页,共49页,编辑于2022年,星期五 再看图再看图c中的两个匝数相等且
14、互相垂直的绕组中的两个匝数相等且互相垂直的绕组 M 和和 T,其中,其中分别通以直流电流分别通以直流电流 im 和和it,产生合成磁动势,产生合成磁动势 F,其位置相,其位置相对于绕组来说是固定的。对于绕组来说是固定的。如果让包含两个绕组在内的整个铁心以同步转速旋转,如果让包含两个绕组在内的整个铁心以同步转速旋转,则磁动势则磁动势 F 自然也随之旋转起来,成为旋转磁动势。自然也随之旋转起来,成为旋转磁动势。第16页,共49页,编辑于2022年,星期五 把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图 a 和图和图 b 中中的磁动势一样,那么这套旋转的直流绕组也就
15、和前面两套固定的磁动势一样,那么这套旋转的直流绕组也就和前面两套固定的交流绕组都等效了。当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转的交流绕组都等效了。当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转时,在他看来,时,在他看来,M 和和 T 是两个通以直流而相互垂直的静止绕组。是两个通以直流而相互垂直的静止绕组。如果控制磁通的位置在如果控制磁通的位置在 M 轴上,就和直流电机物理轴上,就和直流电机物理模型没有本质上的区别了。这时,绕组模型没有本质上的区别了。这时,绕组M相当于励磁绕组,相当于励磁绕组,T 相当于伪静止的电枢绕组。相当于伪静止的电枢绕组。第17页,共49页,编辑于2022年,星期五 等效的概念等效的概念
16、 由此可见,以产生同样的旋转磁动势为准则,图由此可见,以产生同样的旋转磁动势为准则,图a的三相交流的三相交流绕组、图绕组、图b的两相交流绕组和图的两相交流绕组和图c中整体旋转的直流绕组彼此等效。中整体旋转的直流绕组彼此等效。或者说,在三相坐标系下的或者说,在三相坐标系下的 iA、iB、iC,在两相坐标系下的,在两相坐标系下的 i、i 和在旋转两相坐标系下的直流和在旋转两相坐标系下的直流 im、it 是等效的,它们能产生是等效的,它们能产生相同的旋转磁动势。相同的旋转磁动势。第18页,共49页,编辑于2022年,星期五 有意思的是:就图有意思的是:就图c的的M、T两个绕组而言,当两个绕组而言,当
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 坐标 变换 动态 数学 数学模型 简化 幻灯片
限制150内