第三章交流电机矢量控制-转差频率控制系统和各种矢量控制方法 58页PPT文档

转差频率控制系统构成
转差频率控制系统
转差频率控制系统
转差频率控制系统
转差频率控制系统的特点:
优点: 采用转速闭环; 在动态过程中,转速调节器饱和,系 统快速性好. 缺点:
1. 控制规律是从电机稳态电路和稳态转矩公式出发. 2. 不能保持磁通恒定.
四、几种典型异步电机矢量控制
原理
异步电机数学模型
一般对三相异步电机做如下理想化假定：
（1）电机定转子三相绕组完全对称；
（2）定转子表面光滑，无齿槽效应，定转子 每相气隙磁动势在空间呈正弦分布；
（3）磁饱和、涡流及铁心损耗忽略不计。
对异步电机而言
urd = urq = 0
T
TL

J
d
dt
(一)转子磁场定向矢量控制原理
d-q坐标系放在同步旋转磁场上，把静 止坐标系中的各交流量转化为旋转坐标 系中的直流量，并使d轴与转子磁场方 向重合，此时转子磁通q轴分量为零 （Ψrq = 0 ）。此时，派克方程可表示 为
sq
特点:
1. 在一般调速范围内,利用定子方程作磁通观 测器,易实现. 而且不包括对温度变化非常 敏感的转子参数.
2. 在低速时,由于定子电阻压降占端电压的大 部分,致使反电动势测量误差较大,定子磁通 观测不准,影响性能.
(四)定子电压定向矢量控制
磁场定向矢量控制的优点是系统达 到了完全的解耦控制，但缺点是系统的控 制需采用旋转矢量变换，结构比较复杂。 如果使参考坐标系的d轴和定子电压的方 向重合则可以得到在过度过程中也保持磁 通恒定的动态控制规律，既电压定向矢量 控制。
第四章 交流电机矢量控制-
转差频率控制系统和 各种矢量控制方法
王军 教授
西华大学 电气信息学院
三、转差频率控制系统
1. 工作原理: 异步电机稳态运行时电磁转矩为
2. 转差频率控制系统构成
转差频率控制系统构成
在转差频率控制中，采用转子转速闭环控制， 电机给定角速度ω*信号与来自电机转速传感器 的反馈信号ω进行比较，其误差信号经过PI调节 器并限幅以后得到给定转差角频率。限幅的主 要目的在于限制转差角频率，使电机可以用逆 变器容许电流下的最大转矩进行加减速运转， 所以不需要设定加减速时间，就能以最短的时 间内实现加减速。系统的其他部分与V/F控制方 式相同。
Tem pnmdisq
m qLm(isqirq)0
mdLm(isdird)
mq 0
u s d R s is d sp is d pm dss is q
u s q R s is qsp is qss is qs m d
最后可得
式中
usd 3Us 3RsL( s(1s2ref)LsdsIs2)
为给定的定子磁通有效值; 子相电流有效值.
Is为定
磁场定向矢量控制的优点是系统达 到了完全的解耦控制，但缺点是系统的控 制需采用旋转矢量变换，结构比较复杂。 如果使参考坐标系的d轴和定子电压的方 向重合则可以得到在过度过程中也保持磁 通恒定的动态控制规律，既电压定向矢量 控制。
整理后可得
其中, 漏磁系数 σ=1-Lm2/(LSLr) ；τr=Lr / Rr 为 转子时间常数。 式 （4-9）～ 式 （4-11）为转子磁通定向矢量控制 方程式。
转子磁场定向的矢量控制原理
矢量控制技术最初就是基于这一原理实现磁通和转 矩的解耦控制的，目前大多数矢量控制系统仍采用 此方法。这种带有转子磁通反馈的矢量控制系统， 也称为直接转子磁通定向矢量控制，其优点是系统 达到了完全的解耦控制，缺点是磁链闭环控制系统 中转子磁通的检测精度受转子时间常数的影响较大， 在某种程度上影响了系统的性能。
是可以实现的。此外wk.baidu.com定子磁场定向控
制使定子方程大大简化，从而有利于定
子磁通观测器的实现。然而在利用式
（4-27）和式（4-28）进行磁通控制时，
不论采用直接磁通闭环控制，还是采用
间接磁通闭环控制，均需消除 耦i合sq 项
的影响。因此，同气隙磁场定向一样，
往往需要设计一个解耦器，使 i与sd
i
解耦
转差频率控制系统
转差频率控制系统
工作原理: 异步电机稳态运行时电磁转矩为
转差频率控制系统构成
在转差频率控制中，采用转子转速闭环控制， 电机给定角速度ω*信号与来自电机转速传感器 的反馈信号ω进行比较，其误差信号经过PI调节 器并限幅以后得到给定转差角频率。限幅的主 要目的在于限制转差角频率，使电机可以用逆 变器容许电流下的最大转矩进行加减速运转， 所以不需要设定加减速时间，就能以最短的时 间内实现加减速。系统的其他部分与V/F控制方 式相同。
u s d R s is d sp is d pm dss is q
u s q R s is qsp is qss is qs m d
sl

Rr r p
Lr Lm

md
r isd
isq
pm d1 r m dL L m r(R rrp )isdsl rL L m risq
可以算出d
轴电流，因此也称定子电流的d轴分量为励磁分量
，定子电流的q轴分量为转矩分量．
2. 由派克方程，当 恒定时，电磁转矩和电流
的q轴分量或转差成正比，没有最大值限制，通过
控制定子电流的q轴分量即可控制电磁转矩。
控制原理算法为： Is和θs 的计算
特点:
转差频率矢量控制方法应该比较适合 低速运行的系统。当然，在实际中这种方 法广泛运用于许多接近零速运行的系统中。
(4-30-4)
要求: 当转矩和电机负载变化时, 磁通始 终保持恒定. 即
sd2sq2 C
对上式微分:
sdsd' sqsq' 0
由(4-30-1)和(4-30-2),得
is ds dis qs qus ds/d Rs
由(4-30-3)和(4-30-4),得
irdrd irqrq 0
电压方程:
U sd R sisd p sd s sq 3 U s
(4-30-1)
U s q R s is q p s q s s d 0
(4-30-2)
0Rrrd ip sd s l rq
(4-30-3)
0Rrrq ip rq s l rd
磁场定向的矢量控制方法应运而生。
这种控制方法是将参考坐标的d轴放在定子磁场 方向上，此时，定子磁通的q轴分量为零，也就 是
0 sq
这样只要将上面的条件代入到前面的电机 模型中，就可得到定子磁场定向的矢量控制 方程。
u Ri p
sd s sd
sd
u Ri sq s sq s sd
定子磁通观测器的实现是颇为关键 的，在实际实现时，由于定子电压电流 均为可测量，通过它们可较直接的构成 磁通观测器。另外，转矩的观测准确性 也依赖于定子磁通观测的精度。
(五)气隙磁场定向矢量控制
气隙磁通在d-q轴下可表示为
mdLm(isdird)
m qLm(isqirq)0
当d轴定向于气隙磁场,即令 mq 0
(二)转差频率矢量控制原理
转差频率矢量控制（即间接磁场定向的矢量 控制系统），采用磁链开环控制方式，由于不需 要检测转子磁链，因而检测方式简单，容易实现。
如果在控制过程中,只要能使电机定子转子或 气隙磁场中有一个始终保持不变,电机的转矩就和 稳态工作时一样,主要由转差频率决定。
基本控制方法:
1. 给定希望的 后通过式子
缺点: 对转子时间常数比较敏感.
(三) 定子磁场定向的矢量控制

通常，转子磁通的检测精度受电机
参数影响较大；气隙磁通虽可利用磁通
传感线圈或霍尔元件直接测量，精度较
高，但一般情况下，不希望附加这些检
测元件，而是希望通过机端检测的电压、
电流量计算出所需磁通，同时降低转子
参数对检测精度的影响。由此基于定子
L i L i ( 1 p ) ( 1 p )
r sd
r ssdslrssq
Li 0 ( )
sl r sd
s sd
T pi em n sd sq
从上面的式子（4-29）可以看出，如果
保持定子磁通
sd
恒定，转矩直接和q轴
的电流成正比，因此，瞬时的转矩控制