異步電動(dòng)機(jī)矢量控制變換公式推導(dǎo)的簡(jiǎn)化

1 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生原理

異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)不一樣，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)或磁通雖然也是由外部三相交流電源提供，但影響因素很多，例如，電壓、負(fù)載變化都會(huì)影響磁通，用簡(jiǎn)單的U/f 恒定控制在動(dòng)態(tài)環(huán)境下(例如，起動(dòng)、制動(dòng)、負(fù)載突變)是不可能絕對(duì)保持磁通恒定。

為此，出現(xiàn)了一種“矢量控制”方法，即把矢量形式的定子電流I1分解為兩種成分，一種是為建立磁通稱為勵(lì)磁成分，另一種是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩稱為轉(zhuǎn)矩成分，而且可以分別獨(dú)立地進(jìn)行控制。矢量控制的實(shí)質(zhì)是動(dòng)態(tài)控制U員、f，使椎m在靜、動(dòng)態(tài)時(shí)均絕對(duì)保持恒定，最終達(dá)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩精密可控的目的。

圖1 為基于矢量控制的概念，把異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理與直流電動(dòng)機(jī)作比較。圖1(a)為直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁通的原理圖，若從電刷方向來看電樞，可見勵(lì)磁繞組軸與電樞繞組軸是直交的。若勵(lì)磁磁通的方向?yàn)樽?，電樞電流的方向?yàn)镮a，則根據(jù)法拉第左手定律可確定電樞繞組的受力方向?yàn)镕，亦即電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為

Lm為電樞繞組與勵(lì)磁繞組間互感。

圖1(b)為矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理示意圖。圖中，定子繞組上加了三相交流電壓，則繞組中將流過三相交流電流，根據(jù)“物理電磁學(xué)”原理，三相交流電流將產(chǎn)生合成的旋轉(zhuǎn)磁

以上就是把異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)作對(duì)比，考慮的基于矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理。

這樣，若從定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)坐標(biāo)系來看，則認(rèn)為該坐標(biāo)軸上有兩個(gè)固定的(集中的)相互直交的兩個(gè)繞組，其中分別流過電流IM 和IT;并認(rèn)為IM 是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁通椎m的勵(lì)磁電流成分，IT則為產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的并在定子側(cè)反映出的轉(zhuǎn)矩電流成分，它與轉(zhuǎn)子電流I22對(duì)應(yīng)。

在矢量控制中，由于勵(lì)磁電流IM設(shè)定為恒值，磁通椎m與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度無關(guān)，而IT是變化的，則轉(zhuǎn)矩將和IT成比例關(guān)系并可自由調(diào)節(jié)。

2 與定子三相電流對(duì)應(yīng)的IT和IM

該公式與用傳統(tǒng)MT/琢茁/abc 計(jì)算方法所得出的結(jié)論是一致的，但避開了交流三相/二相變換和矩陣公式運(yùn)算。

3 轉(zhuǎn)差頻率型矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)

既然異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動(dòng)機(jī)，那么，模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制策略，得到直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動(dòng)機(jī)了。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流(代表磁勢(shì))的空間矢量，所以通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)(VectorControl System)，簡(jiǎn)稱VC 系統(tǒng)。

4 檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差頻率型矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)

作者簡(jiǎn)介：

馮垛生，1958 年畢業(yè)于浙江大學(xué)電機(jī)系，教授，碩士生導(dǎo)師?，F(xiàn)任廣東省自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事，廣東省教授級(jí)高工評(píng)委會(huì)委員，《變頻技術(shù)應(yīng)用》《變頻器世界》雜志編委。公開出版著作6 冊(cè)、發(fā)表論文80篇。