如何实现定子磁链定向的矢量控制

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标签:矢量控制(119)电动机(1532)控制系统(2927)

  通过对双馈发电机等值电路定性和定量分析,发现模型能够很好的反映定转子各实际物理量之间的关系,但定子有功、无功、电磁功率及电磁转矩等关键控制量的表达式过于冗长和复杂,求解起来十分困难,不便于实际控制,甚至是难以实现。而其在静止坐标系下的数学模型不仅阶数高而且存在强耦合性,特别是强耦合性主要表现在磁链和转矩方程式中,既有三相绕组之间的耦合,又有定转子绕组之间的耦合,还有电磁转矩方程中磁场与定转子电流之间的相互影响,其根源在于存在一个很复杂的时变电感系数矩阵。因此,很自然地想到借鉴矢量控制的思想,采用坐标变换的方法对其数学模型加以改造,消除时变电感系数矩阵耦合带来的影响,从而获得类似直流电动机控制那样简洁的数学模型,实现所要求的控制目标。

  矢量控制技术给出了交流电动机按磁场定向的解耦控制方法,具有磁链与转矩解耦且线性的控制模型,为交流电动机的高性能控制奠定了基础。利用定子电流的励磁分量独立控制磁链,转矩分量独立控制电磁转矩,它们之间不存相互耦合项,从而实现类似于直流电动机的控制。矢量控制系统具有较好的动态响应速度,可实现较宽范围内的调速。

  根据选择磁链矢量的不同,理论上可将磁场定向的矢量控制技术分为三种,分别是按转子磁场定向、定子磁场定向和气隙磁场定向时的控制;按照控制变频器输出变量的不同,可分为电压输出控制型和电流输出控制型。两种方式交叉排列,则按磁链定向的矢量控制技术共有六种控制方案。

  (1)按转子磁链定向;

  将电机的转子总磁链ψr矢量按照dq坐标系的d轴方向定向,该坐标轴称之为M轴,类似于控制直流电机时的励磁轴一样,用以控制转子磁链。相对应地,和M轴相互垂直的轴,称之为T轴,类似于控制直流电机时的电枢轴一样,用以控制电磁转矩,这样就将异步电动机模型转换为直流电机模型来控制。

  (2)按定子磁链定向;

  将电机的定子总磁链ψs矢量按照内坐标系的d轴方向定向,该坐标轴称之为M轴,类似于控制直流电机时的励磁轴一样,用以控制定子磁链。相对应地,和M轴相互垂直的轴,称之为T轴,类似于控制直流电机时的电枢轴一样,用以控制电磁转矩,这样就将异步电动机模型转换为直流电机模型来控制。

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