毕业设计-交流异步电机先进控制技术研究

从原理上分析，上面的变换公式是有普遍性的，同样能应用在电压或者其他的参量的坐标变换中．将三相坐标的模型变换为两相坐标的模型，这是简化电机模型复杂度的第一步，为满足不同的参考坐标系下的各参量的分量分析，需要找到不同的参考运动坐标系下的变换方程，接下来推演静止坐标系变换到运动坐标系的公式。

1.3 两相静止坐标系和两相旋转坐标系变换（2s/2r变换）

将静止两相的正交坐标系??到旋转正交坐标系dq之间的变换，称为静止两相-旋转正交变换（简称2s/2r变换），其中，S表示静止，r表示旋转，变换的前提是产生的磁动势等价。

图1-4给出了??和dq坐标系中的各个磁动势矢量，绕组每项有效匝数均为N。

2磁动势矢量是位于相关坐标轴上的。两相交流电流i?、i?以及两个直流电流id、iq会以角速度?1旋转的产生等效的的合成磁动势F。

图1-4 旋转正交坐标系以及两相静止正交坐标系中的磁动势矢量 由图1-4可见，i?、i?和id、iq之间存在的关系。

i?i?cos??i?sin? （1-40）

i??i?sin??i?cos?dq13

写成矩阵的形式，得

?id?????iq????cos???sin???i??sin???i?????C2s/2r?? （1-41） ?cos????i????i????因此两相静止正交坐标系到旋转两相正交坐标系的变换矩阵为

?cos??C2s/2r???sin?sin?? （1-42） cos???那么两相旋转的正交坐标系到两相静止正交坐标系的变换矩阵为

C即

2r/2s?cos????sin??sin?? （1-43） ?cos???i???cos??????i????sin???sin???id??? （1-44） ?cos????iq??电压及磁链的旋转变换矩阵和电流旋转变换矩阵相同。

1.4 两相旋转坐标系和三相静止坐标系的变换（2r/3s变换）

在得到三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换（3s/2s变换）和两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换（2s/2r变换）矩阵后，也可以得到三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系的变换（3s/2r变换）：

?id??i???iA??iA??i??C?i??C?i??C?i?C2s/2r???2s/2r3s/2s?B?3s/2s?B? （1-45） ?q??????i0???i0???iC???iC??式中，三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系的变换矩阵为：

??cos?2??sin?3?1??2??cos(??120?)? （1-46） ?sin(??120?)??1??2?cos(??120?)?sin(??120?)1214

C3s/2r?C2s/2rC3s/2s?相应的，两相任意旋转坐标系到三相静止坐标系到三相静止坐标系变换（2r/3s）矩阵为:

C2r/3s?C3?s1/2r??cos??sin???2?cos(??120?)?sin(??120?)?3??cos(??120?)?sin(??120?)?1??2?1? （1-47） ?21??2?1.5 矢量控制的基本原理

矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以控制，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式为矢量控制方式。

1.5.1 坐标变换的基本思路

坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流iA、iB、iC，通过三相——两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流上的直流电流id和

i?和i?，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系

iq。如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的就好像

是一台直流电动机。

把上述等效关系用结构图的形式画出来，得到图1-5。从整体上看，输入为A，B，C三相电压，输出为转速?，是一台异步电动机。从结构图内部看，经过3s/2s变换和按转子磁链定向的同步旋转变换，便得到一台由im和it输入，由?输出的直流电动机。

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?ABCiAiBi?itiC3/2i?VRim等效直流电动机模型?异步电动机

图1-5 异步电动机的坐标变换结构图

1.5.2 矢量控制系统结构

既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，就能够控制异步电动机了。由于进行坐标变换的是电流(代表磁动势)的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就称为矢量控制系统(Vector Control System)，简称VC系统。VC系统的原理结构如图1-6所示。图中的给定和反馈信号经过类似于直流调速系统所用

**?1iimt的控制器，产生励磁电流的给定信号和电枢电流的给定信号，经过反旋转变换VR*****iiiii?一得到?和，再经过2／3变换得到A、B和C。把这三个电流控制信号和由控制

器得到的频率信号?1加到电流控制变频器上，所输出的是异步电动机调速所需的三相变频电流。

~??i控给定信号制*+器im*ti*??1*VRi?i*A*电流控制2/3iB*iC变频器iAiBiCi?it3/2i?VRim等效直流电动机模型?-?1反馈信号异步电动机

图1-6 矢量控制系统原理结构图

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