【精品】第五章 电力牵引交流传动主电路第五节 磁场定向矢量控制系统88 .pptVIP

5.1 坐标变换的基本原理 5.2 异步电机动态数学模型 5.3 矢量控制系统的基本思路 5.4 按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦 5.5 转子磁链模型 5.6 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统-直接矢量控制系统 5.7 转速闭环、磁链开环控制的转差型矢量控制系统-CRH2间接矢量控制系统 分析结果 电枢磁动势的作用可以用补偿绕组磁动势抵消，或者由于其作用方向与 d 轴垂直而对主磁通影响甚微，所以直流电机的主磁通基本上唯一地由励磁绕组的励磁电流决定，这是直流电机的数学模型及其控制系统比较简单的根本原因。 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势完全一致 等效的概念 三相--两相变换（3/2变换） 矩阵形式 两相-两相旋转变换（2s/2r变换） 直角坐标/极坐标变换（K/P变换） K/P变换公式 5.2 异步电动机数学模型 异步电机是一个非线性、多变量、强耦合的系统 假设 三相绕组对称，磁势沿气隙圆周按正弦分布。 忽略磁路饱和影响，各绕组的自感和互感都是线性的。 忽略铁心损耗。 不考虑温度和频率变化对电机电阻的影响。 三相异步电机数学模型 异步电动机完整的数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成 三相坐标系下数学模型 变换过程 具体的变换运算比较复杂，此处从略，需要时可参看相关参考文献。 两相静止坐标系下数学模型 同步旋转坐标系下数学模型 电压方程 磁链方程 转矩方程 运动方程 电机的动态等效电路图 5.3 矢量控制基本思路 直流电机力矩 交流电机力矩 设计控制器时省略后的部分 d轴是沿着转子总磁链矢量的方向，并称之为 M（Magnetization）轴，而 q 轴再逆时针转90°，即垂直于转子总磁链矢量，称之为 T（Torque）轴。 这样的两相同步旋转坐标系就具体规定为 M，T 坐标系，即按转子磁链定向（Field Orientation）的坐标系。 MT坐标系的电压方程 矢量控制方程求解 矢量控制方程 电机电流解耦数学模型的结构 矢量控制系统原理结构图 解耦条件 因此，两个子系统完全解耦只有在下述三个假定条件下才能成立： ①转子磁链的计算值 等于其实际值?r ； ②转子磁场定向角的计算值 等于其实际值? ； ③忽略电流控制变频器的滞后作用。 5.5 转子磁链模型 转子磁链的大小和位置，是进行矢量变换控制的前提 检测转子磁链的方法 直接检测法 间接检测法 利用能够实测的物理量的不同组合，可以获得多种转子磁链模型，具体见书中 1、根据定子电压、电流的检测值计算 2、根据定子电流和转速的检测值计算 3、根据定子电压、电流和转速信号计算 4、根据MT轴系指令电流及转速检测值计算 5.6 转速磁链闭环控制的矢量控制系统 ——直接矢量控制系统 在矢量控制系统中，主要依赖于对转子磁链的检测和观察，不同的磁链观察模型，需要对不同基本量（电压、电流、转速及指令参数等）的检测 带转速和磁链闭环控制的矢量控制系统又称直接矢量控制系统 电流控制变频器 电流控制变频器可以采用如下两种方式： 电流滞环跟踪控制的CHBPWM变频器 带电流内环控制的电压源型PWM变频器。 （1）电流滞环跟踪控制的CHBPWM变频器 （2）带电流内环控制的电压源型PWM变频器 （3） 转速磁链闭环微机控制电流滞环型 PWM变频调速系统 国外电力机车用直接矢量控制系统 5.7 转速闭环、磁链开环控制的矢量控制系统 ——CRH2间接矢量控制系统 直接矢量控制中，转子磁链反馈信号由磁链模型获得，受电机参数变化的影响，控制不准确 利用矢量控制方程中的转差公式，构成转差型的矢量控制系统，又称间接矢量控制系统 CRH2牵引主电路电气原理图 转速闭环、磁链开环控制的矢量控制系统 ——CRH2间接矢量控制系统 CRH2动车组采用转子磁场定向间接矢量控制技术 输入支撑电容器电压，依据无触点控制装置（IGBT元件）控制信号，输出变频变压的三相交流电对4台并联的电机进行速度、转矩控制。 再生制动时牵引电机发出三相交流电，向支撑电容器输出直流电压。 牵引电机控制采用矢量控制方式，独立控制转矩电流和励磁电流，以使转矩控制高精度化、反应高速化，提高电流控制性能。 CRH2 逆变器-电机系统控制框图 5.4 按转子磁链定向的矢量控制方程及其解耦作用 （5-14） （5-15） （5-16） 3/2 VR × ? 图5-11 异步电动机矢量变换与电流解耦数学模型 电流 控制 变频器 ÷ 异步电机 矢量 变换模型