现代交流调速系统-第6章

*
i
* sq
u sq
u
* sq
* rd
u sq
PWM
u sd
u
* sd
逆变器
s s
Lmisq T2 rd
rd
s s
Lm
1 T2 p isd
s dt
isq
d q
s
u sd
s
is
iabc
LPF
us
u abc
速度检测
TG
M 3～
图 6-2 转子磁链定向矢量控制基本框图
C 1 C 1
§6.2.3 转差频率矢量控制原理
➢转矩方程
Tem pn ( sd isq sqisd )
其中，Pn是异步电机的极对数。
➢机械运动方程
J
d
dt
(Tem
TL )
其中，J为机械惯性常数。
§6.2.2 转子磁链定向矢量控制原理
在转子磁链定向矢量控制系统中，电机的转子电压方程、转子 磁链方程和电磁转矩方程（以后合称派克方程）可表示为：
0 urd p rd s s rq Rr ird 0 urq p rq s s rd Rr irq
➢磁链方程
rd Lmisd Lr ird rq Lmisq Lr isq
sd Ls isd Lmird sq Ls isq Lmirq
其中，LS、Lr及Lm分别为定子电感、转子电感及定转子互感 。
r
Lr Lm
us Rsis dt Lsis
其运算框图如图6-3所示。
is (is ) us (us )
Rs Ls p Lr Lm p
图 6-3 u i 模型法转子磁链观测器
r ( r )
➢电流模型法（模型法） 同理可在静止（α，β）坐标系下推出
r
1 1 T2 p
Lm i s
第6章 异步电机矢量控制系统
§6.1 引 言 §6.2 异步电机矢量控制原理
§6.2.1 异步电机数学模型 §6.2.2 转子磁链定向矢量控制原理 §6.2.3 转差频率矢量控制原理 §6.2.4 定子磁链定向矢量控制原理 §6.3 转子磁链观测器 §6.4 矢量控制对电机参数的依赖性 §6.5 异步电机矢量控制存在的问题 思考与练习六
is*d 2
i
* sq
2
s
s s
dt
arctg
i
* sq
i
* sd
Tem
pn Rr
L2mis2d s s
转差频率矢量控制的缺点： 磁链定向不准、不正确的稳态转差频率也会产生转矩的稳态误
差、效率降低、电机额外发热
§6.2.4 定子磁链定向矢量控制原理
这种矢量控制方法是将参数坐标系的d轴放在旋转的定子磁链方 向上，从而控制定子磁链的q轴分量为零，矢量控制方程为:
Tem
pn
Lm Lr
isq rd
pn Rr
2 rd
s
s
其中，T2 Lr Rr 转子的时间常数
以上为转子磁链定向的矢量控制方程，当ψrd恒定时，电磁转
矩和定子电流的轴分量（或转差率）成正比，因而通过控制定子 电流的轴分量即可控制电磁转矩，从而实现磁链和转矩的解耦控 制。
转子磁链定向矢量控制系统的基本框图如图6-2所示。
借用矢量控制的思想，应用稳态转差率来得到转子磁链的位置 ，由转子磁链直接得到定子电流轴分量的给定值,再通过有效地控 制定子电流的幅值、相位和频率，就形成了转差矢量控制，从而有 效避免了磁链的闭环控制。
这种转差频率矢量控制的方程如下：
iLeabharlann Baidu
* sd
* rd
Lm
i
* sq
k p 1
1 Ti s
*
I
* s
§6.1 引 言
VVVF变频调速控制系统在稳定性、起动、动态响应性能及低速性 能等方面的性能尚不能令人满意。而当今的生产机械对调速系统的动 静态性能提出了更高的要求，经过许多专家学者和工程技术人员的不 断改进与完善，终于形成了目前得到普遍应用的矢量控制变频调速系 统。本章分析异步电机矢量控制系统。
0 Rrird p rd 0 Rrirq s s rd
rd Lmisd Lrird 0 rq Lmisq Lrirq
Tem
pn
Lm Lr
isq rd
整理后可得：
usq
Rsisq
Ls pisq
s
Lm Lr
rd
sLsisd
rd
1
Lm T2
p
isd
s s
Lmisq
T2 rd
T2 r
r
1 1 T2 p
Lm i s
T2 r
其运算框图见图6-4。
i s Lm
1
r
1 T2 p
T2
i s Lm
1
r
1 T2 p
图 6-4 i n 模型法转子磁链观测器
➢组合模型法（模型法）
如果考虑到u-i模型法和i-n模型法的各自优缺点，将两者结合起 来使用，即在高速时让u-i模型起作用，而通过低通滤波器（LPF ）将模型的观测值滤掉；在低速时让i-n模型起作用，而通过高通 滤波器（HPF）将模型的观测值滤掉。即：
u sd p sd Rs isd u sq s sd Rs isq
1 T2 p sd 1 T2 pLsisd ssT2Lsisq
1 T2 p sq ssT2 sd Lsisd
Tem pn sd isq
如果保持ψsd恒定，转矩直接与轴电流分量成正比，从而可以 实现瞬时的转矩控制。定子磁链控制时，必须消除与isd有关的耦 合项的影响，因而需设计一个解耦器，使isd与isq实现动态的解耦控 制。 定子磁链定向矢量控制的优点： 定子方程简单，有利于定子磁链观测器的实现 动静态性能好，控制系统结构相对简单些。
定子磁链定向矢量控制的缺点： 低速时，反电动势测量误差较大，定子磁链的观测不准，从而影响了系 统的动静态性能。
§6.3 转子磁链观测器
目前，在实用的矢量控制系统中，均采用间接磁链观测的方法， 主要有以下几种实用的转子磁链观测模型。
➢电压模型法（模型法）
r
Lr Lm
us Rsis dt Lsis
r
1
Tp Tp
r
u i模型
1 1 Tp
r
i n模型
r
1
Tp Tp
r
u i模型
1
1 Tp
r
i n模型
➢改进电压模型法（改进模型法）
u-i模型法在电机低速运行时这种观测方法会有问题。这时 可以用转子磁链的给定值取代观测值，其间的转换是自动平滑 进行的，同时避免了开环纯积分环节的使用。
i
§6.2 异步电机矢量控制原理
§6.2.1 异步电机数学模型 在分析异步电机矢量控制系统中，主要采用两种坐标系：旋转
（d，q）坐标系和静止（α，β）坐标系。以下为转子磁链旋转角 速度ω旋转的坐标系下的异步电机数学模型。
➢电压方程
u sd p sd s sq Rs isd u sq p sq s sd Rs isq