異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容 交流電機(jī)變頻調(diào)速的概況交流電機(jī)變頻調(diào)速的概況 異步電機(jī)的矢量控制原理異步電機(jī)的矢量控制原理 矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 矢量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)矢量控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 展展 望望 一、交流電機(jī)調(diào)速為什么采用變頻調(diào)速方法一、交流電機(jī)調(diào)速為什么采用變頻調(diào)速方法? 二、交流電機(jī)變頻調(diào)速的方法二、交流電機(jī)變頻調(diào)速的方法 一、矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理 二、異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制過程 電壓方程電壓方程 a B b C c A r UB iB Ub ib UA iA ia Ua UC iC ic Uc 電磁轉(zhuǎn)矩方程電磁轉(zhuǎn)矩方程 00000 00000 00000 00000 00000 00000 A

2、AAs BBBs CCCs aaar bbbr cccr uiR uiR uiR p uiR uiR uiR sin sin120 sin120 eNmA aB bC c A bB cC a A cB aC b Tp Li ii ii i i ii ii i i ii ii i r eL N dJ TT pdt 運(yùn)動(dòng)方程運(yùn)動(dòng)方程 A F B C uB iB c iA uA uC iC (a)三相異步電機(jī)繞組 c F i i (b)兩相異步電機(jī)繞組 M F T T M c iTiM (c)旋轉(zhuǎn)的直流電機(jī)繞組 交流電機(jī)三相交流電機(jī)三相 靜止繞組靜止繞組A、B、 C，通入三相平衡，通入三相平衡 的正

3、弦電流時(shí)，的正弦電流時(shí)， 所產(chǎn)生的合成磁所產(chǎn)生的合成磁 動(dòng)勢(shì)是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)動(dòng)勢(shì)是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng) 勢(shì)勢(shì)F，它在空間呈，它在空間呈 正弦分布，以同正弦分布，以同 步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。 在兩相靜止坐標(biāo)在兩相靜止坐標(biāo) 下中通入時(shí)間上互下中通入時(shí)間上互 差差90的兩相電流，的兩相電流， 也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。也能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)大小兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)大小 和轉(zhuǎn)速都相等時(shí)，和轉(zhuǎn)速都相等時(shí)， 即可認(rèn)為兩相繞組即可認(rèn)為兩相繞組 與三相繞組等效與三相繞組等效。 如果將兩個(gè)匝數(shù)如果將兩個(gè)匝數(shù) 相等且互相垂直的相等且互相垂直的 繞組繞組M和和T中分別通中分別通 以直流電流以直流電流im和和it， 且包含繞組在內(nèi)的且包含

4、繞組在內(nèi)的 整個(gè)鐵芯以同步速整個(gè)鐵芯以同步速 旋轉(zhuǎn)，則磁勢(shì)旋轉(zhuǎn)，則磁勢(shì)F也隨也隨 之旋轉(zhuǎn)起來(lái)，形成之旋轉(zhuǎn)起來(lái)，形成 旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。 圖(b) 兩相交流繞組 圖(C) 旋轉(zhuǎn)的直流繞組 圖(a) 三相交流繞組 三相磁場(chǎng)、兩相磁場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)直流磁場(chǎng)系統(tǒng)之間是可以互 相進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換。 圖(C) 旋轉(zhuǎn)的直流繞組 Clark變換過程 Park 變換過程 矢量坐標(biāo)變換原則： 1.變換前后總磁動(dòng)勢(shì)不變。2.變換前后總功率相等 1.變換前后總磁動(dòng)勢(shì)不變。 2.變換前后總功率相等 32 11 21 2 2 3 0 3 23 2 ss C 23 10 2 1 23 2 3 1 23 2 ss C Clark變換Cl

5、ark逆變換 22 cossin sincos sr C 22 cossin sincos rs C Park 變換Park 逆變換 1.變換前后總磁動(dòng)勢(shì)不變。 2.變換前后總功率相等 運(yùn)動(dòng)方程： 電壓方程： 轉(zhuǎn)矩方程： 兩相靜止坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程： 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 00 00 1 0 smm r srsrrsr ss s smm r s s srsrsrr sr r m r r r rr m r rr RLL LL LL L iLi RLL ii LL LL L L L L s s u u 將以上電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程、運(yùn)動(dòng)方程歸納整理起來(lái)，就構(gòu)成了三相 異步電機(jī)在兩相靜

6、止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 電壓方程： 運(yùn)動(dòng)方程： 轉(zhuǎn)矩方程： 將以上電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程、運(yùn)動(dòng)方程歸納整理起來(lái)，就構(gòu)成了三相 異步電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程： 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 smm cr srsrrsr sMs Ms smm cr TsTs srsrsrr s MrMr m cr TrTr rr m cr rr RLL LL LL L Lii RLL ii LL LL L L L L 0 00 Ms Ts u u 在在Matlab/Simulink中，建立三相異步電機(jī)仿真模型中，建立三相異步電機(jī)仿真模型 。該模型包含了該模型包含了 Cl

7、arke變換和變換和Park變換以及它們的逆變換等模塊，其中變換以及它們的逆變換等模塊，其中ACMOTORMT 模塊為三相異步電機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換之后在模塊為三相異步電機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換之后在M-T坐標(biāo)系下的模型。坐標(biāo)系下的模型。 給定信號(hào) 控制器 逆變 電路 交流異步電機(jī) A i C i C i B i A i s i s i Ms i Ts i Park 逆變換 Clarke 逆變換 Park 變換 Clarke 變換 傳感器 B i Ms i Ts i s i s i 將給定信號(hào)分解成兩個(gè)互相垂直且獨(dú)立的直流信號(hào)將給定信號(hào)分解成兩個(gè)互相垂直且獨(dú)立的直流信號(hào) 、 ， 、 通通 過過“Park逆變換

8、逆變換”被變換成兩相交流信號(hào)被變換成兩相交流信號(hào) 、 ，又經(jīng)，又經(jīng)“Clarke逆變逆變 換換”，得到三相交流的控制信號(hào)，得到三相交流的控制信號(hào) 、 、 去控制逆變電路，進(jìn)而控制去控制逆變電路，進(jìn)而控制 電機(jī)。電機(jī)。 電流信號(hào)經(jīng)過傳感器采樣和電流信號(hào)經(jīng)過傳感器采樣和“Clarke變換變換”以及以及“Park變換變換”， 傳送到控制端，從而使系統(tǒng)成為一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，模擬出類似于直傳送到控制端，從而使系統(tǒng)成為一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，模擬出類似于直 流電動(dòng)機(jī)的工作狀況。流電動(dòng)機(jī)的工作狀況。 B i Ms i Ts i Ms i Ts i A i C i s i s i 交流異步電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制系

9、統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)：交流異步電機(jī)無(wú)速度傳感器矢量控制系統(tǒng)硬件總體結(jié)構(gòu)： 整流器 逆變器 （IPM） 三相異 步電機(jī) TMS320 F2812 最小系統(tǒng) PWM JTAG 仿真器 開關(guān)電源 脈沖變壓器 整個(gè)系統(tǒng)主要包括一個(gè)三相全橋整流器和一個(gè)智能功率模塊整個(gè)系統(tǒng)主要包括一個(gè)三相全橋整流器和一個(gè)智能功率模塊IPM以及用于以及用于 給最小系統(tǒng)提供直流電的開關(guān)電源電路、三相異步電機(jī)、給最小系統(tǒng)提供直流電的開關(guān)電源電路、三相異步電機(jī)、TMS320F2812最最 小系統(tǒng)控制板、小系統(tǒng)控制板、TDS510USB仿真器、仿真器、PC機(jī)機(jī)CCS集成開發(fā)環(huán)境等。集成開發(fā)環(huán)境等。 程序開始 系統(tǒng)初始化 禁止并清除所有 CPU中斷 初始化PIE 向量表 分配中斷向量 初始化ADC模塊 初始化EVA 定時(shí)器下溢中斷 初始化 使能全局中斷 循環(huán)計(jì)算/等待 SVPWM中斷 故障中斷 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序流程圖 矢量控制方法的提出具有