1、5.1 電機(jī)調(diào)速的基本情況 5.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法 5.3 三相交流異步電機(jī)調(diào)速方法 5.4變頻控制有關(guān)應(yīng)用問題 5.5 單相感應(yīng)電機(jī)的調(diào)速控制 5.6 同步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速,第五章 電機(jī)調(diào)節(jié)技術(shù),5.1.1 電機(jī)調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展情況 5.1.2 調(diào)速指標(biāo) 5.1.3 調(diào)速方式與負(fù)載類型 5.2.1 串電阻調(diào)速 5.2.2 調(diào)電壓調(diào)速 5.2.3 弱磁調(diào)速 5.2.4 三種調(diào)速方法比較 5.2.5 直流電動(dòng)機(jī)的典型調(diào)速方案 5.3.1 概述 5.3.2 標(biāo)量控制調(diào)速方法 5.4.1 變頻控制有關(guān)應(yīng)用問題 5.4.2 電動(dòng)機(jī)特性的控制方式 5.4.3 變頻調(diào)速電壓頻率特性曲線及選擇

2、 5.4.4 變頻器的節(jié)能原理 5.5.1 單相感應(yīng)電機(jī)的調(diào)速控制 5.6.1他控式同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng) 5.6.2 自控式同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng),5.1電機(jī)調(diào)速的基本情況 5.1.1 電機(jī)調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用于發(fā)展情況 隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，拖動(dòng)控制的電力調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通和運(yùn)輸，國防軍事設(shè)施以及日常生活中越來越得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)轉(zhuǎn)速是否變化，可以將各類生產(chǎn)機(jī)械分為恒速拖動(dòng)與變速拖動(dòng)機(jī)械兩大類，而現(xiàn)代的各行各業(yè)中，絕大多數(shù)的機(jī)械都有著調(diào)速的要求，使得對(duì)變速拖動(dòng)系統(tǒng)的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 5.1.2調(diào)速指標(biāo) 1.調(diào)速范圍 2.靜差率,靜差率是指在同一機(jī)械特性上，從理想空載到額

3、定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速之比。用百分比表示為,4經(jīng)濟(jì)性,3.平滑性 在一定范圍內(nèi)，調(diào)速的級(jí)數(shù)越多，則認(rèn)為調(diào)速越平滑。平滑性用平滑系數(shù)來衡量，它是相鄰兩級(jí)轉(zhuǎn)速之比,主要考慮調(diào)速設(shè)備的初投資，調(diào)速時(shí)電能的損耗及運(yùn)行是的維護(hù)費(fèi)用。,5.3.1調(diào)速方式與負(fù)載類型 1.電動(dòng)機(jī)的容許輸出與充分利用 電動(dòng)機(jī)的容許輸出，是指電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速下長期可靠工作時(shí)所能輸出的最大功率和轉(zhuǎn)矩。容許輸出的大小主要取決于電機(jī)的發(fā)熱，而發(fā)熱又主要取決于電樞電流。因此，在一定轉(zhuǎn)速下，對(duì)應(yīng)額定電流時(shí)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩便是電動(dòng)機(jī)的容許輸出功率和轉(zhuǎn)矩。 5.2.1串電阻調(diào)速,他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)行時(shí)，保持電樞電壓額定，他勵(lì)電

4、流（磁通）額定，在電樞回路串入不同的電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)可運(yùn)行于不同的速度。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻調(diào)速的電氣原理圖如圖所示。根據(jù)式子，電樞串電阻的調(diào)速機(jī)械特性方程為 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速的機(jī)械特性如圖5-1b所示，是一組過理想空載點(diǎn)n的直線，串入的電阻。,(a) 原理圖 (b) 機(jī)械特性,圖5-1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速 電樞回路的串電阻調(diào)速的特點(diǎn)是： 1）實(shí)現(xiàn)簡單，操作方便 2）低速時(shí)機(jī)械特點(diǎn)變軟，靜差率增大，相對(duì)穩(wěn)定性變差； 3）只能在基速以下調(diào)速，因而調(diào)速范圍較小，一般D2； 4）由于電阻是分級(jí)切除的，所以只能實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，平滑性差； 5）由于串接電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟(jì)性較差

5、，而且轉(zhuǎn)速越低，能耗越大。 因此，電樞串電阻調(diào)速的方法多余對(duì)調(diào)速性能要求不高的場合，如過去的起重機(jī)，電車等，現(xiàn)在已不多見,5.2.2調(diào)電壓調(diào)速 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，保持勵(lì)磁電流額定，電樞回路不串電阻，改變電樞的兩端的電壓，可以得到不同的轉(zhuǎn)速，猶豫受電擊絕緣耐熱的限制，其電樞電壓不允許超過額定電壓只能在額定電壓u以下進(jìn)行，因此調(diào)壓調(diào)速也是一種在基速以下調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法。 調(diào)壓調(diào)速的原理如圖5-2所示，其機(jī)械特性方程式為,調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)是： 1）由于調(diào)壓電源可連續(xù)平滑調(diào)節(jié)，所以拖動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速； 2）調(diào)速前后機(jī)械特性硬度不變，因而相對(duì)穩(wěn)定性較好 3）在基速以下調(diào)速，調(diào)速范圍較快，D可

6、達(dá) 1020; 4)調(diào)速過程中能量損耗較少，因此調(diào)速經(jīng)濟(jì)性較好； 5）需要一套可控的直流電源。 調(diào)壓調(diào)速多用語對(duì)調(diào)速性能要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上，如機(jī)床，亂剛機(jī)。造紙機(jī)等。,圖5-2 調(diào)壓調(diào)速的原理,圖5-3調(diào)壓調(diào)速時(shí)的機(jī)械特點(diǎn),5-2-3弱磁調(diào)速 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，保持電樞電壓額定，電樞回路不串電阻，改變勵(lì)磁電流，可以得到不同的轉(zhuǎn)速，猶豫電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，磁路已經(jīng)接近飽和，因此改變磁通調(diào)速，實(shí)際上是減弱磁通，若以叫弱磁調(diào)速。弱磁調(diào)速的原理如圖5-4所示，弱磁調(diào)速屎，機(jī)械特性方程式為,弱磁調(diào)速的特點(diǎn)是； 1）由于勵(lì)磁電流因而控制方便，能量損耗??； 2）可連續(xù)調(diào)節(jié)電阻值，以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速

7、； 3）在基速以上調(diào)速，由于受電擊機(jī)械強(qiáng)度和換向火花的限制，轉(zhuǎn)速不能太高，一般約為（1.21.5） ,特殊設(shè)計(jì)的弱磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，最高轉(zhuǎn)速為（34）n，因而調(diào)速范圍窄。 弱磁調(diào)速的調(diào)速范圍小，所以很少單獨(dú)使用，一般都與調(diào)壓調(diào)速配合，以獲得很寬范圍的，高效，平滑而又經(jīng)濟(jì)的調(diào)速。,(a) 小容量系統(tǒng) (b) 大容量系統(tǒng) (c) 改變磁通時(shí)的機(jī)械性 圖5-4 弱磁調(diào)速原理,對(duì)于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的三種調(diào)速方法，可以把他分歸類為橫轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒動(dòng)率調(diào)速兩種方式。所謂橫轉(zhuǎn)矩調(diào)速過程中保持電動(dòng)機(jī)電磁功率p不變。,圖5-5 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的容許輸出轉(zhuǎn)矩和功率,5.2.5直流電動(dòng)機(jī)的典型調(diào)速方案 在實(shí)際應(yīng)用中，

8、調(diào)電壓調(diào)速方法往往和弱磁調(diào)速方法相結(jié)合，形成了最典型的直流電機(jī)調(diào)速方法，參見圖5-6.在這個(gè)方案中，對(duì)同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)M的電樞和勵(lì)磁分別進(jìn)行閉環(huán)控制，用測速發(fā)電機(jī)tg取得轉(zhuǎn)速信號(hào)，用電流互感器ct紛繽檢查電樞回路和勵(lì)磁的鼻環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)電視換的單位系統(tǒng)。,圖5-6 直流電動(dòng)機(jī)典型調(diào)速方案,5.3三相交流異步電機(jī)調(diào)速方法 三相交流異步電擊是一種最常見的電擊。根據(jù)前邊的講解，起結(jié)構(gòu)和原理也是非常典型的，丁子是旋轉(zhuǎn)電磁場，而轉(zhuǎn)子是感應(yīng)電磁場，因此，這里，以三相交異步電機(jī)為例說明交流電動(dòng)的調(diào)速技術(shù)。,5.3.1概述 加到電動(dòng)機(jī)上的電能使用電動(dòng)機(jī)按照設(shè)計(jì)要求根據(jù)電磁歸路進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行，是想機(jī)電能量轉(zhuǎn)變 所加的電

9、能體現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制作用，這種控制作用一方面表現(xiàn)為電能的電壓或電流的量的規(guī)律性變化，另一方面，從更宏觀的整個(gè)電動(dòng)機(jī)性能上看，表現(xiàn)為對(duì)電能進(jìn)行智能性的控制作用，就第一個(gè)方面來說，由于加到感應(yīng)電擊的電壓或電流可以表示為幅值/頻率或幅值/相位的正弦函數(shù)，三相交流感應(yīng)電擊調(diào)速方法可以分為二類，我們可以采用將其成為只能調(diào)速控制方法,1標(biāo)量控制 標(biāo)量控制通常用于低成本，性能要求不高的電機(jī)拖動(dòng)情況。標(biāo)量控制的典型方案包括開環(huán)電壓/頻率控制，閉環(huán)電壓/頻率控制，和定子電流加滑差控制。 2矢量控制 矢量控制的成本更高，性能更好，他是控制電壓或電流矢量的幅值/相位。矢量控制包括磁場定向控制，和直接轉(zhuǎn)矩控制，兩者

10、都是把復(fù)雜的非線性控制結(jié)構(gòu)簡化為線性結(jié)構(gòu)。磁場定向控制使用頻率的定積分來獲得轉(zhuǎn)子磁鏈角，而直接轉(zhuǎn)矩控制使用輸入電壓的定積分來獲得定子鏈空間矢量。這兩種方法以成功的應(yīng)用，但一人存在。,3智能控制 感應(yīng)電機(jī)控制中的困難是復(fù)雜的計(jì)算，對(duì)象參數(shù)的非線性和不確定性。因此可引入只能控制處理這些困難。只能控制是把人類的智能方法技能改應(yīng)用于系統(tǒng)控制，只能被定義為理解，推理和學(xué)習(xí)的能力，智能控制系統(tǒng)澤被定義為：具有對(duì)過程，干擾和運(yùn)行條件的理解，推理和學(xué)習(xí)的能力，以優(yōu)化所考慮的過程和性能，智能控制技術(shù)通常被分為一下幾個(gè)方面，專家系統(tǒng)控制，模糊邏輯控制，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制和遺傳算法控制。,三種標(biāo)量調(diào)速方法,改變下列三個(gè)

11、參數(shù)入手：改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的磁極數(shù)一變極調(diào)速；改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率一即改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速；改變供電電源的頻率一即變頻調(diào)速,5.3.2標(biāo)量控制調(diào)速方法 1.變極調(diào)速 對(duì)于鼠籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)能自動(dòng)地與定子數(shù)相對(duì)應(yīng)，改變定子繞組的接法，以改變定子的極對(duì)數(shù)，使異步電動(dòng)的同步轉(zhuǎn)速得到改變，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。,（a) 4極磁場 （b) 2極磁場 圖5-7 對(duì)一相繞組改變定子繞組極對(duì)數(shù)的改接方法,2 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,什么叫轉(zhuǎn)差率調(diào)速(具體意義): 不是變極/變頻 其它改變轉(zhuǎn)速方法,轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速,改變定子電壓調(diào)速,(3)滑差電機(jī)調(diào)速,電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)又稱滑差電機(jī)，它是一

12、種利用直流電磁滑差恒轉(zhuǎn)矩控制的交流無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)。 它具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)開滑、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負(fù)反饋、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)機(jī)械特性硬度高等一系列優(yōu)點(diǎn) 在印刷機(jī)及騎馬訂書機(jī)、無線裝訂、高頻烘干聯(lián)動(dòng)機(jī)、鏈條鍋爐爐排控制中都得到廣泛應(yīng)用。,電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)是由普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)、電磁滑差離合器和電氣控制裝置三部分組成。電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵(lì)磁線圈勵(lì)磁電流的裝置。,缺點(diǎn),在空載或輕載（小于10%額定轉(zhuǎn)矩）時(shí)，由于滑差電機(jī)調(diào)速裝置反饋不足，會(huì)造成失控現(xiàn)象；所以此電機(jī)適用于長期高速運(yùn)轉(zhuǎn)和短時(shí)間低速運(yùn)轉(zhuǎn)。 為適應(yīng)印刷機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)

13、的需要，在采用電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)作主驅(qū)動(dòng)的印刷機(jī)中往往再配裝一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)作為低速電機(jī)使用。,（4）串極調(diào)速,(5)脈沖調(diào)速,這種調(diào)速方法是用周期性地閉合、斷開觸點(diǎn)的方法，使電動(dòng)機(jī)一直工作在電動(dòng)或制動(dòng)狀態(tài)，,附:轉(zhuǎn)速與頻率和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系,轉(zhuǎn)速與頻率:不是直接 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩:直接,5.3.3 矢量控制,2 旋轉(zhuǎn)磁場的等效與交換 由電機(jī)學(xué)電磁理論可知，任意多相繞組通以多相平衡電流，都能產(chǎn)生轉(zhuǎn)磁場。下面是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的三種方法。 （1）三相交流電流產(chǎn)生的磁場,a)兩相固定繞組 （b)合成磁場(t=0),（2）兩相交流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場 （3）旋轉(zhuǎn)的直流繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場,（a)旋轉(zhuǎn)直流繞組產(chǎn)生的磁場,b

14、)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)直流繞組產(chǎn)生的磁場 圖5-17 兩相旋轉(zhuǎn)繞組,假設(shè)如果用上述三種方法產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場完全相同，則這時(shí)的三相磁場，兩相磁場，以及旋轉(zhuǎn)直流繞組產(chǎn)生的磁場系統(tǒng)是等價(jià)的,圖5-18 三相異步電機(jī)的坐標(biāo)變換示意圖,對(duì)于上面三中系統(tǒng)，通常第一種成為三相交流系統(tǒng)，第二種成為兩相交流系統(tǒng)，第三種成為旋轉(zhuǎn)直流系統(tǒng)。它們之間可以等價(jià)交換。,3磁場定向控制,磁場的定向控制系統(tǒng)如圖所示,采用磁場定向控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動(dòng)機(jī)相匹配，而且可以控制異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器在使用時(shí)需要準(zhǔn)確的刷如異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器

15、需要使用速度傳感器和編碼器,圖5-19 三相交流異步電機(jī)磁場定向控制原理圖,一 矢量控制的基本概念,一、矢量控制的基本概念 前面直流調(diào)速部分曾講過，對(duì)動(dòng)態(tài)過程中的轉(zhuǎn)矩控制是決定動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)矩控制是運(yùn)動(dòng)控制的根本問題。采用電壓-頻率協(xié)調(diào)控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，由于內(nèi)部存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，無法對(duì)感應(yīng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行有效控制，因此就動(dòng)態(tài)性能而言與直流調(diào)速系統(tǒng)相比存在明顯差距。 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制 我們知道，在他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)中，電磁轉(zhuǎn)矩,矢量控制的基本概念,式中，磁通由勵(lì)磁電流if產(chǎn)生，若電刷置于幾何中性線上，則電樞電流ia產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁場與勵(lì)磁電流產(chǎn)生的主磁場在空間相互垂直，當(dāng)磁路

16、為線性時(shí)，磁通和電樞電流ia可分別由勵(lì)磁回路和電樞回路獨(dú)立地進(jìn)行控制，當(dāng)保持磁通恒定時(shí)，通過對(duì)電樞電流ia的控制，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的控制，從而決定了他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能。,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制 而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況卻要復(fù)雜得多，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可用氣隙合成磁場的磁通量m和轉(zhuǎn)子電流的有功分量來表示,（10-130）,矢量控制的基本概念,可見，電磁轉(zhuǎn)矩Te除了與m、I2有關(guān)之外，還與轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)角2有關(guān)，而且這幾個(gè)量都與轉(zhuǎn)子頻率f2（=sf1）有關(guān)，是相互影響的。,此外，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通常是短路的，轉(zhuǎn)子電流I2不能直接控制，而且感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沒有獨(dú)立的勵(lì)磁繞組，其氣隙磁通

17、m是由定子電流中的勵(lì)磁分量產(chǎn)生的，而定子電流中的負(fù)載分量與轉(zhuǎn)子電流I2相平衡，也就是說在感應(yīng)電機(jī)中建立磁場的無功分量與產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的有功分量都是由定子繞組提供的，兩者糾纏在一起，且均與負(fù)載有關(guān)，存在強(qiáng)耦合，因此要在動(dòng)態(tài)過程中準(zhǔn)確地控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩就顯得十分困難。20世紀(jì)70年代初德國學(xué)者Blaschke等提出的矢量控制理論為解決這一問題提供了一套行之有效的方法。,矢量控制的基本概念,基本思想 借助于前述坐標(biāo)變換，把實(shí)際的三相交流電機(jī)等效到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，通過適當(dāng)選擇這一兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，可以使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在該坐標(biāo)系中具有與直流電機(jī)相似的轉(zhuǎn)矩公式，而且定子電流可以實(shí)現(xiàn)解耦，一個(gè)用于產(chǎn)生有效磁場

18、，相當(dāng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁電流，稱為定子電流的勵(lì)磁分量；另一個(gè)相當(dāng)于直流電機(jī)的電樞電流，用于產(chǎn)生（控制）轉(zhuǎn)矩，稱為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量。這樣，如果觀察者站在該兩相坐標(biāo)系上與坐標(biāo)系一起旋轉(zhuǎn)，他所看到的就是一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，可以象直流電動(dòng)機(jī)一樣進(jìn)行控制，從而使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有直流調(diào)速系統(tǒng)相似的動(dòng)態(tài)性能。,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理 1. 按轉(zhuǎn)子磁場定向的MT坐標(biāo)系 前面討論的同步dq坐標(biāo)系只規(guī)定了dq軸隨磁場同步旋轉(zhuǎn)，并未對(duì)d軸與旋轉(zhuǎn)磁場的相對(duì)位置作任何限定，這種一般的同步dq坐標(biāo)系并不能實(shí)現(xiàn)磁場控制與轉(zhuǎn)矩控制的解耦，這一點(diǎn)從前述同步dq坐

19、標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型中不難看出。為了實(shí)現(xiàn)矢量控制，必須進(jìn)一步對(duì)d軸的取向進(jìn)行限定，稱為定向。在交流電機(jī)矢量控制中，通常使d軸與電機(jī)某一旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致，稱為磁場定向（Field orientation），所以矢量控制也稱作磁場定向控制。,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,矢量控制可以按不同的磁場進(jìn)行定向，如按轉(zhuǎn)子磁場定向、氣隙磁場定向、定子磁場定向等，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制中最常用的是按轉(zhuǎn)子磁場定向。所謂按轉(zhuǎn)子磁場定向，是指使同步dq坐標(biāo)系的d軸始終與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶縭的方向一致。為了與未定向的dq坐標(biāo)系加以區(qū)別，常將定向后的d軸改稱M（Magnetization）軸，相應(yīng)地q軸改稱T（

20、Torque）軸，定向后的坐標(biāo)系稱為按轉(zhuǎn)子磁場定向的MT坐標(biāo)系，如圖10-11所示。,圖10-11 按轉(zhuǎn)子磁場定向的MT坐標(biāo)系,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,2 . 按轉(zhuǎn)子磁場定向的MT坐標(biāo)系上感應(yīng)電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 由圖10-11可見，在按轉(zhuǎn)子磁場定向的MT坐標(biāo)系中，轉(zhuǎn)子磁鏈r在M軸的分量rM=r，在T軸的分量rT=0，即有,（10-131）,由式（10-109）、（10-110）、（10-112），將d軸變量換成M軸變量，q軸變量換成T軸變量，并將式（10-131）代入，可以得到MT坐標(biāo)系上的電壓方程和磁鏈方程為,（10-132）,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,

21、由式（10-133）第3、4個(gè)方程，將轉(zhuǎn)子電流irM、irT用定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈表示，然后代入式（10-134），整理得,（10-133）,（10-134）,電磁轉(zhuǎn)矩公式為,（10-135）,可見，轉(zhuǎn)矩公式已與直流電機(jī)相似。,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,3 . 按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制方程 在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，由于可直接測量和控制的只有定子邊的量，因此需從上述方程中找出定子電流的兩個(gè)分量isM、isT與其它物理量的關(guān)系。首先看r與定子電流之間的關(guān)系。對(duì)于廣泛應(yīng)用的籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子為短路繞組，urM=urT=0，由式（10-132）的第3式可得,（10-13

22、6）,代入式（10-133）的第3式，整理得,（10-137）,（10-138）,或,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,式（10-137）或式（10-138）表明，轉(zhuǎn)子磁鏈r僅由isM產(chǎn)生，與isT無關(guān)，因此isM稱為定子電流的勵(lì)磁分量，從這個(gè)意義上看，定子電流的勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。結(jié)合轉(zhuǎn)矩公式式（10-135）可見，在按轉(zhuǎn)子磁場定向的MT坐標(biāo)系中，isM是產(chǎn)生有效磁場（轉(zhuǎn)子磁鏈r）的勵(lì)磁分量，相當(dāng)于直流電機(jī)中的if，通過控制isM可以控制r的大小，而定子電流的T軸分量isT與r垂直，是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的有效分量，相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流，這兩個(gè)相互解耦的變量分別對(duì)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響

23、，在該MT坐標(biāo)系中我們可以象在直流電機(jī)中分別控制電樞電流和勵(lì)磁電流一樣，通過對(duì)isT和isM的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈的控制，因而有效地解決了三相系統(tǒng)中的強(qiáng)耦合問題。,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,在按轉(zhuǎn)子磁場定向的MT坐標(biāo)系中，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效直流電機(jī)模型用框圖表示如圖10-12所示，圖中未計(jì)及旋轉(zhuǎn)阻力系數(shù)R的影響。,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制中另一個(gè)非常重要的關(guān)系式是轉(zhuǎn)差公式。由式（10-132）的第4式，可得,圖10-12 MT坐標(biāo)系中感應(yīng)電機(jī)的等效直流電動(dòng)機(jī)模型,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,式（10-141）稱為轉(zhuǎn)差公式，它反映了轉(zhuǎn)差角頻率與定子電流

24、轉(zhuǎn)矩分量isT和轉(zhuǎn)子磁鏈r的關(guān)系，是轉(zhuǎn)差型矢量控制的基礎(chǔ)。 式（10-137）或式（10-138）、式（10-141）和轉(zhuǎn)矩公式式（10-135）構(gòu)成了感應(yīng)電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制基本方程式。,（10-139）,由式（10-133）第4式得,將式（10-140）代入式（10-139），得,（10-140）,（10-141）,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,4. 按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 由前述分析，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)坐標(biāo)變換可以等效成MT坐標(biāo)系中的直流電動(dòng)機(jī)，可以模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方式進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖10-13所示。圖中給定信號(hào)和反饋信

25、號(hào)經(jīng)過控制器產(chǎn)生按轉(zhuǎn)子磁場定向的MT坐標(biāo)系中的定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量給定值isM*和isT*，由于實(shí)際對(duì)變頻器和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的控制通常在三相坐標(biāo)系中完成，故需將isM*和isT*經(jīng)反旋轉(zhuǎn)變換VR-1得到is*和is*，再經(jīng)2/3變換得到三相電流給定值iA*、iB*、iC*，然后通過變頻器進(jìn)行電流閉環(huán)控制，例如采用滯環(huán)電流控制的PWM逆變器，輸出實(shí)現(xiàn)矢量控制所需的三相定子電流。,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,為了更好地理解矢量控制，圖10-13中將感應(yīng)電動(dòng)機(jī)用其等效直流電機(jī)模型和相應(yīng)的坐標(biāo)變換來表達(dá)。由圖10-13可見，若忽略變頻器可能產(chǎn)生的滯后，可以認(rèn)為iA、iB、iC分別與i

26、A*、iB*、iC*相等，即可將變頻器看作一個(gè)放大系數(shù)為1的放大器，從而將其從原理圖中去掉，這樣，2/3變換器與電機(jī)內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)相抵消，反旋轉(zhuǎn)變換器VR-1與電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR相抵消，則圖10-13中虛線框內(nèi)的部分可以全部刪去，剩下的部分就和直流調(diào)速系統(tǒng)非常相似了。不難想象，這樣的矢量控制系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能應(yīng)該能夠與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。,圖10-13 按轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制原理圖,二、按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制原理,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中的控制器，除了對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制外，通常還需對(duì)磁鏈進(jìn)行控制，以使動(dòng)態(tài)過程中轉(zhuǎn)子磁鏈r也能被控制在期望值上，因此通常設(shè)有兩個(gè)調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)

27、節(jié)器ASR和磁鏈調(diào)節(jié)器AR，典型結(jié)構(gòu)如圖10-14和圖10-15所示。,抑制轉(zhuǎn)子磁鏈波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)矩影響的兩種常用方法： 1）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出增加除法環(huán)節(jié)，如圖10-14中虛線框所示； 2）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器之后增設(shè)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR，如圖10-15所示。,圖10-14 帶除法環(huán)節(jié)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),圖10-15 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型 實(shí)現(xiàn)按轉(zhuǎn)子磁場定向的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制的關(guān)鍵是準(zhǔn)確定向，這就需要獲得轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶縭的空間位置角，除此之外，在構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈反饋及進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制時(shí)，磁鏈的幅值r也是不可缺少的信息。 最初提出矢量控制時(shí)，曾嘗試直接檢

28、測的方法?，F(xiàn)在實(shí)用系統(tǒng)中多采用間接觀測的方法，通過檢測電壓、電流和轉(zhuǎn)速等容易測得的物理量，借助于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測或計(jì)算模型，實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值和空間位置角。轉(zhuǎn)子磁鏈模型可以是直接從電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型得出的轉(zhuǎn)子磁鏈方程式，也可以是利用狀態(tài)觀測器或狀態(tài)估計(jì)理論得到的閉環(huán)觀測模型。計(jì)算模型中根據(jù)采用的實(shí)測信號(hào)的不同，又分為電流模型和電壓模型兩類。,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,1. 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的模型叫做電流模型，在電流模型中，實(shí)測量為定子電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。下面討論不同坐標(biāo)系上的電流模型。 （1）在兩相靜止坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 由式（10-105

29、），考慮到ur=ur=0，坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子電壓方程為,（10-142）,（10-143）,由式（10-106），坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈方程為,（10-144）,（10-145）,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,則,（10-146）,（10-147）,由式（10-148）和式（10-149）可知，若已知電流is、is和轉(zhuǎn)速的實(shí)測值，可由圖10-16所示的計(jì)算框圖計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈在、軸的兩個(gè)分量r和r。is、is可由實(shí)測三相定子電流iA、iB、iC經(jīng)3/2變換得到。,（10-148）,（10-149）,將式（10-146）和式（10-147）代入式（10-142）和（10-143），整理得,圖10-16 在兩相靜止坐

30、標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,由r和r可進(jìn)一步計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的幅值和空間位置角。在矢量控制中，常常遇到這種根據(jù)某空間矢量在直角坐標(biāo)系中的兩個(gè)分量計(jì)算其幅值和空間位置角的情況，這可以看作是由直角坐標(biāo)到極坐標(biāo)的一種坐標(biāo)變換，稱為直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)變換，簡稱K/P變換。 由圖10-17，顯然有,當(dāng)在090之間變化時(shí)，tan的變換范圍是0，幅度太大，在數(shù)字變換中容易溢出，因此常需改用下列方式來表示值。,（10-150）,（10-151）,圖10-17 直角坐標(biāo)-極坐標(biāo)變換,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,則,上述模型適合于模擬控制，當(dāng)采用微機(jī)數(shù)字控制時(shí)，由于r和r之間有交叉反饋，在離散計(jì)算中有

31、可能不收斂。,（10-152）,（10-153）,考慮到矢量變換中實(shí)際使用的通常是角的正弦和余弦，故角也常用下面兩式表示,（10-154）,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,（2）在按轉(zhuǎn)子磁場定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 圖10-18是在按轉(zhuǎn)子磁場定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型的計(jì)算框圖，由實(shí)測三相定子電流經(jīng)3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系中的電流is、is，再經(jīng)按轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)變換，得到MT坐標(biāo)系上的電流isM、isT，利用矢量控制方程式（10-138）和式（10-141）可以得到r和s信號(hào)，由s與實(shí)測轉(zhuǎn)速相加得到轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶縭的轉(zhuǎn)速1，再經(jīng)積分即為轉(zhuǎn)子磁鏈的空間位置角，它

32、也是同步旋轉(zhuǎn)變換器VR中用到的M軸的空間位置角。和第一種模型相比，這個(gè)模型更適合于微機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算，容易收斂，也比較準(zhǔn)確。,圖10- 18 在按轉(zhuǎn)子磁場定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,上述兩種計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型的主要優(yōu)點(diǎn)是適用轉(zhuǎn)速范圍寬，即使在零速也能工作，但精度易受電機(jī)參數(shù)變化的影響，特別是轉(zhuǎn)子繞組時(shí)間常數(shù)Tr中包含轉(zhuǎn)子電阻Rr，受溫度和集膚效應(yīng)影響顯著，變化可能超過50，如不采取措施，將導(dǎo)致磁鏈幅值和相位信號(hào)的失真，從而降低系統(tǒng)的性能。為此，常需對(duì)Tr或Rr進(jìn)行實(shí)時(shí)辨識(shí)，以保證磁鏈觀測的精度。,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,2. 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型 電壓模型是

33、一種根據(jù)定子電壓和電流實(shí)測值，利用電機(jī)定子電壓方程計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算模型。 由式（10-105）第1、2行坐標(biāo)系中的定子電壓方程可知，若定子電壓us、us和定子電流is、is已知，則定子磁鏈s、s為,（10-155）,（10-156）,由（10-106）第1、2行的定子磁鏈方程可得,（10-157）,（10-158）,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,代入式（10-106）第3、4行的轉(zhuǎn)子磁鏈方程，整理得,（10-159）,（10-160）,電壓模型算法簡單，易于應(yīng)用，由于只需實(shí)測定子電壓和電流信號(hào)，不需轉(zhuǎn)速信號(hào)，對(duì)無速度傳感器系統(tǒng)頗具吸引力。,式中， 為漏磁系數(shù)，,結(jié)合式（10-155）與式（10-15

34、9）、式（10-156）與式（10-160），得到計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型如圖10-19所示。,三、轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算模型,由于算法中不含轉(zhuǎn)子電阻Rr，因此受電機(jī)參數(shù)變化影響小，雖然定子電阻及電感參數(shù)的變化也會(huì)影響精度，但與轉(zhuǎn)子電阻相比，定子電阻易于測量，其補(bǔ)償相對(duì)容易。但是，由于電壓模型包含純積分環(huán)節(jié)，積分的初始值和累積誤差都影響計(jì)算結(jié)果。另外，考慮到式（10-155）和式（10-156）中的定子磁鏈實(shí)際上是定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢的積分，低速時(shí)由于感應(yīng)電動(dòng)勢很小，定子電阻壓降是定子電壓的主要成分，電阻的偏差和定子電壓、電流的測量誤差會(huì)淹沒電動(dòng)勢。因此電壓模型在低速時(shí)往往無法使用。 比較起來，電壓模型更適

35、合于中、高速范圍，而電流模型能適應(yīng)低速，甚至可至零速，但高速時(shí)精度卻不如電壓模型。有時(shí)為了提高精度，可以把兩種模型結(jié)合起來，低速時(shí)（例如n15nN）時(shí)采用電流模型，在中、高速采用電壓模型，當(dāng)然這需要解決好兩種模型之間的過渡問題。,四、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),四、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng) 根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場定向MT坐標(biāo)系M軸空間位置角的確定方法，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)可分為直接矢量控制和間接矢量控制兩大類。在直接矢量控制系統(tǒng)中，角通過反饋的方式產(chǎn)生，即根據(jù)有關(guān)量的實(shí)測值通過前述的各種轉(zhuǎn)子磁鏈模型獲得，故也叫做磁通檢測型或磁通反饋型矢量控制。間接矢量控制系統(tǒng)中， 角以前饋的方式產(chǎn)生，由給定值利用轉(zhuǎn)差公式獲

36、得，故也叫做前饋型或轉(zhuǎn)差型矢量控制。下面分別舉例介紹。,四、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),1. 直接矢量控制系統(tǒng) 圖10-20為一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接矢量控制系統(tǒng)的原理圖。這是一個(gè)典型的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)，為了消除磁鏈r變化對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響，該系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速環(huán)中增加了轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)。 轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算采用了電流模型，由定子電流和轉(zhuǎn)速的實(shí)測值計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈r和角，進(jìn)而由is、is和經(jīng)VR變換可得isM、isT，轉(zhuǎn)矩反饋值Te根據(jù)式（10-135）由isT和r計(jì)算得到。 系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅值受r*的控制，這是因?yàn)槿醮胚\(yùn)行時(shí)電機(jī)能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩隨著r*的減少而減少。,圖10-20 帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁

37、鏈閉環(huán)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),四、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),2.轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng) 在轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子磁場定向坐標(biāo)系M軸的空間位置角是通過對(duì)轉(zhuǎn)差的運(yùn)算求得的，原理如下：M軸的空間位置角可以通過對(duì)M軸的角速度1的積分求得，而M軸在空間的旋轉(zhuǎn)角速度1等于轉(zhuǎn)子角速度和轉(zhuǎn)差角速度s之和，即,（10-161）,（10-162）,（10-163）,由矢量控制方程中的轉(zhuǎn)差公式式（10-141）知,四、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),若r和isT已知即可由上式計(jì)算s，進(jìn)而由1經(jīng)積分得到角。在轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速采用實(shí)測值，而轉(zhuǎn)差角速度由給定值r*和isT*按式（10-163）計(jì)算得到，即有,（10-16

38、4）,（10-165）,（10-166）,可見，在這里磁場定向是由磁鏈給定值和轉(zhuǎn)矩（或定子電流的轉(zhuǎn)矩分量）給定值確定的，并沒有用磁鏈模型計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)子磁鏈及其空間位置角，即是前饋型的，或者說是間接磁場定向。,則,四、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),為了實(shí)現(xiàn)簡單，轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)常采用磁鏈開環(huán)控制，如圖10-21所示。圖10-21所示系統(tǒng)中，定子電流勵(lì)磁分量isM*根據(jù)式（10-137）直接由轉(zhuǎn)子磁鏈給定值r*產(chǎn)生；定子電流的轉(zhuǎn)矩分量給定值isT*則由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出Te*根據(jù)式（10-135）的轉(zhuǎn)矩公式得到,矢量旋轉(zhuǎn)變換器VR所需的角由式（10-164）（10-166）產(chǎn)生，在此不再贅述。 如果轉(zhuǎn)子磁

39、鏈給定值r*為常數(shù)，上述系統(tǒng)可進(jìn)一步簡化。此時(shí)isM*=r*/Lm=常值，可以直接給定；ASR的輸出可以直接作為isT*；由于此時(shí),四、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),其中， ks稱為轉(zhuǎn)差增益 ，,此時(shí)，圖10-21中虛線框部分可以用一個(gè)放大系數(shù)為ks的比例環(huán)節(jié)代替。 在磁鏈開環(huán)的轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)中，磁場定向由給定信號(hào)確定，靠矢量控制方程保證，不需要計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康姆导捌淇臻g位置角，省去了直接矢量控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器，因此結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。但是，由于矢量控制方程中仍包含電機(jī)參數(shù)，定向精度仍受電機(jī)參數(shù)變化的影響，不可避免地會(huì)產(chǎn)生定向誤差，從而影響系統(tǒng)的性能。,圖10-21 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差

40、型矢量控制系統(tǒng),四、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng),除了按轉(zhuǎn)子磁場定向MT坐標(biāo)系的確定方式不同之外，間接矢量控制和直接矢量控制本質(zhì)上是相同的，無論直接矢量控制還是間接矢量控制，都具有動(dòng)態(tài)性能好、調(diào)速范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，并已在實(shí)踐中獲得普遍應(yīng)用。矢量控制系統(tǒng)目前存在的主要問題是性能易受電機(jī)參數(shù)變化的影響，為解決這個(gè)問題，國內(nèi)外學(xué)者在參數(shù)辨識(shí)、自適應(yīng)控制及智能控制等方面已做了大量研究工作。,圖10-1 三相感應(yīng)電機(jī)的物理模型,圖10-2 交流電機(jī)的繞組等效,圖10-3 三相坐標(biāo)系中的綜合矢量,圖10-4 兩相坐標(biāo)系中的綜合矢量,圖10-5 三相靜止坐標(biāo)系與兩相任意旋作坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換,圖10-6 A、B、C坐標(biāo)

41、系與坐標(biāo)系,圖10-7 坐標(biāo)系與dq坐標(biāo)系間的坐標(biāo)變換,圖10-8 例10-1中的電流綜合矢量,圖10-9 兩相靜止坐標(biāo)系上感應(yīng)電機(jī)的物理模型,圖10-10 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中的電流、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,5.4變頻控制有關(guān)的應(yīng)用問題,5.4.1變頻器的常用功能1變頻器的升速功能,（1）頻率與時(shí)間呈線性關(guān)系，如圖曲線所示，多數(shù)曲線預(yù)制性方式,圖5-21升速方式,（2）三用S形式為宜 （3）三用半S形升速比較合適 2.變頻器的控制方式 變頻器中所說的控制方式，通常有兩方面的含義： （1）運(yùn)行控制方式,圖5-22 通用變頻器鍵盤示意圖,主要功能有：多檔轉(zhuǎn)速控制，多檔升降速時(shí)間控制，升速與降速控制，外部

42、故障信號(hào)輸入以及其他各種信號(hào)的輸入等。,圖5-23 變頻器的輸入控制端子,（2）電動(dòng)機(jī)特性的控制方式 指如何使電動(dòng)機(jī)的接卸特性滿足各種負(fù)載要求的控制方式，如V/F控制方式，無反饋控制方式，有反饋矢量控制方式等。,5.4.2 電動(dòng)機(jī)特性的控制方式 主要有兩種方法 （1）模式罰變頻器給出了若干基本V/F模式，供用戶選擇。 （2）左邊預(yù)制法。目前，更多的變頻器是通過與之兩個(gè)數(shù)據(jù)來決定V/F線終點(diǎn)的： 最大輸出電壓即變頻器輸出端輸出的最大電壓，在不超過電源電壓的范圍內(nèi)，是可以任意預(yù)置的。,基本頻率與最大輸出電壓相對(duì)應(yīng)的頻率。 2.矢量控制方式 矢量控制方式變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流通過轉(zhuǎn)換等效成兩靜止坐標(biāo)系下的甲流電流。 矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的重要意義。,5.4.3變頻調(diào)速電壓頻率特性曲線及選擇 根據(jù)變頻調(diào)速原理，電壓頻率特性曲線通常是分段線性的如圖所示。,圖5-24 電壓頻率特