§3.6磁场定向控制原理介绍.docVIP

§3.6 异步电动机的矢量控制 异步电动机的磁场定向控制是从70年代发展起来的一种新的控制技术。 定义：异步电动机的磁场定向控制是把定子电流做为具有垂直分量的空间分量来处理的，因此又称为矢量控制。 目的：通过这种控制技术能使异步电动机得到和直流电动机相同的调速特性 磁场定向控制的基本思想 基本思想；把交流电动机的转矩控制模拟成直流电动机的转矩控制 在任何电力拖动的控制系统，电动机产生的电磁转矩 作用在电动机轴上的负载转矩（包括电动机的空载转矩） 以及惯性转矩 三者之间的关系都由转矩平衡方程式决定，即： 设 及 J均为常数，那么在动态过程中电动机速度 的变化规律完全取决于对电动机的电磁转矩 的控制。举例如下： 起动和制动的过程中，如果控制电动机的电磁转矩 使其保持在最大允许值，就能使电动机以最大的恒加速度或恒减速度运行，从而缩短了起、制动的时间。 在突加负载时，只要能迅速地使电动机的电磁转矩 增加，就可以使动态速降减小，缩短速度的恢复时间。由此可见调速系统动态性能的好坏完全取决于在动态过程中电动机的转矩 是否能很方便、很准确地被调节和控制。 由于结构上的特点，他励直流电动机的电磁转矩 很容易控制。其工作原理可用下图来表示。 在励磁绕组f中通以励磁电流 则通过电刷及换相器流入电枢绕组。由于电刷和换相器的作用，使得电枢绕组虽然在转动但它产生的电枢磁场在空间是固定不动的。因此可用一个等效的静止绕组来代替实际的电枢绕组。这个等效静止绕组的轴线与励磁绕组轴线垂直，绕组中通过电枢电流，产生的磁场与实际电枢绕组产生的磁场相同，并且由于实际电枢绕组在旋转，因此等效静止绕组中有一感应电势 ，这样，就可以用下图的等效模型来代替实际的他励直流电动机。 励磁绕组中通入的励磁电流产生主极磁通，电枢绕组电流 与作用产生电磁转矩。无论电机处于稳态或动态，它产生的电磁转矩都是 。由于励磁绕组轴线与等效的电枢静止绕组轴线互相垂直，再利用补偿绕组的磁、势抵消掉电枢磁势对主极磁通的影响，因此可以认为主极磁通 仅与励磁电流 有关而与电枢电流 无关。如果励磁电流恒定，他励直流电动机的电磁转矩将与电枢电流 成正比。调节和控制电枢电流就能实现对电磁转矩的调节和控制。 笼型转子异步电动机上，定子上有三个对称绕组，转子绕组则由彼此互相短路的导体组成。能够直接控制的变量只有定子电压（或电流）及定子的频率。他没有象直流电动机那种独立的励磁绕组，所以有效磁通不能以简单的形式决定。异步电动机（包括笼型转子及饶线转子异步电动机）的电磁转矩公式为： 式中 是由定、转子电流共同作用产生的气隙合成磁通，它以定子电流角频率 在空间旋转。 是转子电流空间矢量的幅值，不能直接控制。 与 之间的空间相位角为90 不象直流电动机那样与 互差。 是转差角频率 的函数。 越大， 的去磁作用就越强。 当升高定子电流频率以增大转差角频率 以使转矩增加时，气隙磁通 就趋向与减弱。磁通的这个瞬态下降时电动机电磁转矩的响应变得迟缓。这种复杂的耦合作用使得电动机的电磁转矩难以准确控制。 为了解决这个问题，可以采用异步电动机转子磁场定向控制的方法。 在上面我们介绍了在以转子总磁链空间矢量 定向的 M，T同步旋转的坐标系中，定子电流空间矢量 被分解为沿M轴和T轴方向上两个互相垂直的分量 和 ，此时用 及 表达的转矩公式 转子磁链 与 之间的关系为： 由于 与 互相垂直，是解耦的，可以独立改变某一个而不致影响另一个变量。其中 用于产生磁链 ，它与直流电动机的励磁电流相当； 则用于产生电磁转矩，与直流电动机电枢电流相当。在额定频率以下运行时 保持不变而靠改变 来调节转矩，这就与他励直流电动机的转矩控制相同了。 二、异步电动机的矢量控制原理 图7—20所示了在磁场定向的M,T坐标系中异步电动机的模型。为了便于了解定子绕组与旋转的转子磁链空间矢量之间的关系，通过坐标变换把定子三项绕组等效为与同步旋转的两相绕组，即轴线与平行的M1绕组及与垂直的T1绕组。这时M1，T1绕组中的电流、都是直流。转子三相绕组（绕线转子异步电动机）也同样被变换成M,T坐标系中的M2，T2两个绕组。 图7-20 M、T坐标系统异步电动机的模型 在图中给出的速度ω1，ω，转矩Te以及个电流的正方向。 电磁转矩Te可以看成转子磁链与转子电流相互作用产生。由于产生的磁势与方向一致，所以它不产生电磁转矩，产生电磁转矩的只有的T轴分量，故有 （7-145） 转子磁链是由定子M轴绕组电流在转子侧产生的互感磁链 与转子M