第四章矢量变换控制技术

其中
I a Na
np a
2
所以上式可以写成：
Ted CMDd I a
q
N S
d
Ted CMDd I a
直流电机转矩 系数（常数）
电枢电流，可 以由端电压控制 （电枢回路）
两个回路相互独立，可以单独控制， 互不影响。因此，直流电机的电磁转矩 控制简单灵活。
主极磁通，可以由 励磁电流控制 （励磁回路）
4.2 矢量坐标变换及变换矩阵
1、异步电动机的坐标系量
（2） 转子坐标系（a-b-c和d-q坐标系） 转子三相轴线构成a-b-c三相坐标系。 转子坐标系固定在转子上，其中平面直角坐标 系的d轴位于转子的任意轴线上（异步电动机），q 轴超前d轴90度。 转子坐标系和转子一起在空间以转子角速度旋 转。通常被称为旋转坐标系。
等效变换 交流电动机 控制 电机统一性 统一转矩公式 直流电动机 控制模式
4.1 矢量控制的基本概念
2、矢量控制基本思路
Te

2
n m Fs sin s
2 p

2
n2 p m Fr sin r
各相电流大 小幅值控制 控制各相电流瞬 时相位
转子磁势的模值控制 控制转矩 定子磁势的模值控制 空间位置角控制
第四章 矢量变换控制技术
第四章
变压变频交 流调速系统
异步电动机矢量控制系统
建立在静止数学模型上 静态特性好 动态特性不理想
幅值意义上进行控制 忽略相位的控制
直流调 速系统
电磁转矩能够容易 而灵活的进行控制
优良的静态、 动态特性
交流电动机模拟直流电动机 （矢量控制技术）
第4章 异步电动机矢量控制系统
4.2 矢量坐标变换及变换矩阵
q
b
b
a a c c
(d )
异步电动机转子坐标系
4.2 矢量坐标变换及变换矩阵
1、异步电动机的坐标系量 （3）同步旋转坐标系（M-T坐标系） 同步旋转坐标系的M轴固定在磁链矢量上，T轴超 前M轴90度，该坐标系和磁链矢量一起在空间以同步角 速度旋转。
s 为磁链同步角，从定子轴 到磁链轴M的夹角 L 为负载角，从转子轴d到磁链轴M的夹角。
q
F （ a I a）
N S
d
F ( )
ad
d轴-直轴 （主极磁极轴线） q轴-交轴（与直轴正交）
空间位置关系
F （ d d）
二极直流电机简图
4.1 矢量控制的基本概念
在主极磁通和电枢磁势的相互作用下，产生电磁转矩：
Ted
Fa

2
n p 2 d Fa sin ad
sin ad 1
4.1 矢量控制的基本思想
根据电机学知识，可以推导出交流电机输出电磁转矩为：
Tei

2
n p 2 m Fr sin （90 r）
3 2 np m N 2 I r sin （90 r） n 2 p 转子电流 CIM m I r cos r

2
IS Im Ir
两个电流同处于定 子回路中，存在强 耦合的关系，无法 单独控制。
气隙磁通，由励 磁电流 Im控制 交流电动机的电磁转矩难以控制！
4.1 矢量控制的基本概念
直流电机：Ted
CMDd I a
电磁转矩关系简单，容易控制
Tei CIM m I r cos r 电磁转矩关系复杂，难于控制 交流电机：
三相静止坐标系
变压 变频 交流 电源
三相 异步 电动机
实际反馈量 iM，iT
旋转坐标系
实际的两相 交流量iαiβ
两相静止坐标系
交流量测量
iAiBiC 三相静止坐标系
4.1 矢量控制的基本思想
由于将直流标量作为电机外部的控制量，然后又将其 变换成交流量去控制交流电机的运行，均是通过矢量坐标 变换来实现的，因此将这种控制系统称之为矢量控制系 统。
1、直流电动机和异步电动机的电磁转矩
由电机学可知，任何电动机产生电磁转矩的原理，在
本质上都是电机内部两个磁场相互作用的结果，因此各种
电机的电磁转矩具有统一的表达式：
Te

2
n m Fs sin s
2 p

2
n2 p m Fr sin r
4.1 矢量控制的基本概念
励磁绕组 （固定绕组） 电枢绕组 （可以当作固定绕组）
三相绕组的轴线构成A-B-C三相坐标系。 平面矢量可用两相直角坐标系来描述，所以定子坐 标系又定义了一个两相直角坐标系 —— 由于 轴和A轴固定在定子绕组A相的轴线上，所以 这两个坐标系在空间固定不动，称静止坐标系。
4.2 矢量坐标变换及变换矩阵
s
B B
ib
A
Baidu Nhomakorabeaic
C
ia
C
A
s
异步电动机定子坐标系
第4章 异步电动机矢量控制思想


矢量控制的基本概念 矢量坐标变换及变换矩阵 三相异步电动机在不同坐标系下的数学模型 磁场定向和矢量控制的基本控制结构 转子磁链观测器 异步电动机矢量控制系统 数字化异步电动机矢量控制系统设计
4.2 矢量坐标变换及变换矩阵
1、异步电动机的坐标系： 2.1 异步电动机坐标系与 （1）定子坐标系（A-B-C和 ） 空间矢量
因此，只要能实现对异步电动机定子各相电流的瞬时 控制，就能实现对异步电动机转矩的有效控制。
4.1 矢量控制的基本概念
采用矢量变换控制方式如何实现对异步电动机定子电 流的瞬时控制呢？我们可以由以下图进行解释：
B B
ib
s
A
ABC

s
电枢绕组
T
T
s
MT
i

iT
0
M
M 励磁绕组
ic
C C
ia
A
i
二相交流绕组 二相静止坐标系

iM
三相交流绕组 三相静止坐标系
二相直流绕组 二相旋转坐标系
4.1 矢量控制的基本概念
以上矢量变换控制的基本思想和控制过程可用框图来表达：
iM , iT
控制器
旋转坐标系
两相交流控 制量iα*iβ*
两相静止坐标系
三相交流控 制量iA*iB*iC*

矢量控制的基本概念
直流电动机和异步电动机的电磁转矩 矢量控制基本思路
4.1 矢量控制的基本思想
1、直流电动机和异步电动机的电磁转矩
首先从统一的电动机转矩方程入手，揭示电动机控 制的实质和关键。电动机在加、减速调节过程中都服从于 基本运动学方程式：
dn Te TL J dt
4.1 矢量控制的基本概念

为转子位置角。
4.2 矢量坐标变换及变换矩阵
T
q

0
s
L
M（磁链轴）

d
（转子轴）