异步电动机矢量控制系统

1、主要内容主要内容 交流电机变频调速的概况交流电机变频调速的概况 异步电机的矢量控制原理异步电机的矢量控制原理 矢量控制系统结构矢量控制系统结构 矢量控制系统实现矢量控制系统实现 展展 望望 一、交流电机调速为什么采用变频调速方法一、交流电机调速为什么采用变频调速方法? 二、交流电机变频调速的方法二、交流电机变频调速的方法 一、矢量控制实现的基本原理 二、异步电动机的矢量控制过程 电压方程电压方程 a B b C c A r UB iB Ub ib UA iA ia Ua UC iC ic Uc 电磁转矩方程电磁转矩方程 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 运动方程运动方程 A F B C uB iB c iA uA uC iC (a)三相异步电机绕组 c F i i (b)两相异步电机绕组 M F T T M c iTiM (c)旋转的直流电机绕组 交流电机三相交流电机三相 静止绕组静止绕组A、B、 C，通入三相平衡，通入三相平衡 的正

3、弦电流时，的正弦电流时， 所产生的合成磁所产生的合成磁 动势是旋转磁动动势是旋转磁动 势势F，它在空间呈，它在空间呈 正弦分布，以同正弦分布，以同 步转速旋转。步转速旋转。 在两相静止坐标在两相静止坐标 下中通入时间上互下中通入时间上互 差差90的两相电流，的两相电流， 也能产生旋转磁势。也能产生旋转磁势。 两个旋转磁势大小两个旋转磁势大小 和转速都相等时，和转速都相等时， 即可认为两相绕组即可认为两相绕组 与三相绕组等效与三相绕组等效。 如果将两个匝数如果将两个匝数 相等且互相垂直的相等且互相垂直的 绕组绕组M和和T中分别通中分别通 以直流电流以直流电流im和和it， 且包含绕组在内的且包含

4、绕组在内的 整个铁芯以同步速整个铁芯以同步速 旋转，则磁势旋转，则磁势F也随也随 之旋转起来，形成之旋转起来，形成 旋转磁势旋转磁势。 图(b) 两相交流绕组 图(C) 旋转的直流绕组 图(a) 三相交流绕组 三相磁场、两相磁场、旋转直流磁场系统之间是可以互 相进行等效转换。 图(C) 旋转的直流绕组 Clark变换过程 Park 变换过程 矢量坐标变换原则： 1.变换前后总磁动势不变。2.变换前后总功率相等 1.变换前后总磁动势不变。 2.变换前后总功率相等 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变换Cl

5、ark逆变换 22 cossin sincos sr C 22 cossin sincos rs C Park 变换Park 逆变换 1.变换前后总磁动势不变。 2.变换前后总功率相等 运动方程： 电压方程： 转矩方程： 两相静止坐标系下的状态方程： 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 将以上电压方程、转矩方程、运动方程归纳整理起来，就构成了三相 异步电机在两相静

6、止坐标系下的数学模型 电压方程： 运动方程： 转矩方程： 将以上电压方程、转矩方程、运动方程归纳整理起来，就构成了三相 异步电机在两相旋转坐标系下的数学模型 两相旋转坐标系下的状态方程： 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，建立三相异步电机仿真模型中，建立三相异步电机仿真模型 。该模型包含了该模型包含了 Cl

7、arke变换和变换和Park变换以及它们的逆变换等模块，其中变换以及它们的逆变换等模块，其中ACMOTORMT 模块为三相异步电机经过坐标变换之后在模块为三相异步电机经过坐标变换之后在M-T坐标系下的模型。坐标系下的模型。 给定信号 控制器 逆变 电路 交流异步电机 A i C i C i B i A i s i s i Ms i Ts i Park 逆变换 Clarke 逆变换 Park 变换 Clarke 变换 传感器 B i Ms i Ts i s i s i 将给定信号分解成两个互相垂直且独立的直流信号将给定信号分解成两个互相垂直且独立的直流信号 、 ， 、 通通 过过“Park逆变换

8、逆变换”被变换成两相交流信号被变换成两相交流信号 、 ，又经，又经“Clarke逆变逆变 换换”，得到三相交流的控制信号，得到三相交流的控制信号 、 、 去控制逆变电路，进而控制去控制逆变电路，进而控制 电机。电机。 电流信号经过传感器采样和电流信号经过传感器采样和“Clarke变换变换”以及以及“Park变换变换”， 传送到控制端，从而使系统成为一个闭环控制系统，模拟出类似于直传送到控制端，从而使系统成为一个闭环控制系统，模拟出类似于直 流电动机的工作状况。流电动机的工作状况。 B i Ms i Ts i Ms i Ts i A i C i s i s i 交流异步电机无速度传感器矢量控制系

9、统硬件总体结构：交流异步电机无速度传感器矢量控制系统硬件总体结构： 整流器 逆变器 （IPM） 三相异 步电机 TMS320 F2812 最小系统 PWM JTAG 仿真器 开关电源 脉冲变压器 整个系统主要包括一个三相全桥整流器和一个智能功率模块整个系统主要包括一个三相全桥整流器和一个智能功率模块IPM以及用于以及用于 给最小系统提供直流电的开关电源电路、三相异步电机、给最小系统提供直流电的开关电源电路、三相异步电机、TMS320F2812最最 小系统控制板、小系统控制板、TDS510USB仿真器、仿真器、PC机机CCS集成开发环境等。集成开发环境等。 程序开始 系统初始化 禁止并清除所有 CPU中断 初始化PIE 向量表 分配中断向量 初始化ADC模块 初始化EVA 定时器下溢中断 初始化 使能全局中断 循环计算/等待 SVPWM中断 故障中断 系统主程序流程图系统主程序流程图 矢量控制方法的提出具有