矢量控制系统的工作原理与应用

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：可以想象，矢量控制交流变压变频调速系统的动、静态特性完全能够与直流调速系统相媲美。若选择转子磁链Ψ2矢量方向为M轴方向，就有下列矢量控制的基本方程式成立图7-5异步电动机矢量变换控制系统图式中：T2=Llr/Rr为转子励磁时间常数。此外，它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置，才能实现定子电流解耦控制，因此，在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器，这也给许多应用场合带来不便。

通过矢量变换运算，与旋转磁场同步旋转的M、T绕组里的直流电流iM和iT的作用就与静止的α、β绕组里的交流电流iα和iβ等效。又因为iα、iβ和三相电流iA、iB、iC有着固定的关系，所以只要通过变换运算，有规律地控制iA、iB、iC就能达到预想的调节iM和iT的目的，这就是异步电动机矢量变换控制的基本思想。

当然直流绕组M、T在定子上旋转是不现实的，矢量控制的思路，只不过是利用等效的方法，通过矢量坐标变换的手段，把三相交流电动机的iM和iT分离出来，然后对这两个分量分别进行控制，最后通过坐标的反变换将所需要的控制量重新转换成三相交流量去控制实际的三相交流电动机。可见，通过坐标变换，可以把一台关系复杂的异步电动机等效为一台直流电动机进行控制。如图7-4所示为异步电动机坐标变换的结构图，从总体上看，就是以iA、iB、iC为输入，以ω为输出的直流电动机。

pagenumber_ebook=120,pagenumber_book=113

图7-4　异步电动机坐标变换的结构图

异步电动机矢量变换控制系统如图7-5所示，图中给定信号和反馈信号经过类似于直流调速系统所用的控制器，产生励磁电流的给定信号 pagenumber_ebook=120,pagenumber_book=113 和电枢电流的给定信号，经过反旋转变换VR-1得到和，再经过2/3变换得到。把这三个电流控制信号和由控制器直接得到的频率控制信号ω1加到带电流控制的变频器上，就可以输出异步电动机调速时所需要的三相变频电流了。

在设计矢量控制系统时，可以认为在控制器后面引入的反旋转变换与电动机内部的旋转变换环节VR抵消，如果再忽略变频器中可能产生的滞后，图7-5中点画线框内的部分可以完全删去，剩下的部分就和直流调速系统非常相似了。可以想象，矢量控制交流变压变频调速系统的动、静态特性完全能够与直流调速系统相媲美。

两相旋转MT坐标系虽然随定子磁场同步旋转，但M、T轴与旋转磁场的相对位置是可以任意选取的，也就是说有无数个MT坐标系可供选用。对M轴加以取向，将它与旋转磁场的相对位置固定下来，就称为磁场定向控制。若选择转子磁链Ψ2矢量方向为M轴方向，就有下列矢量控制的基本方程式成立

pagenumber_ebook=121,pagenumber_book=114

图7-5　异步电动机矢量变换控制系统图

pagenumber_ebook=121,pagenumber_book=114

式中：T2=Llr/Rr为转子励磁时间常数。

以上说明，选择转子磁链的空间矢量方向为M轴方向进行定向，并控制Ψ2的幅值不变，可实现磁场、转矩之间的解耦，这样控制转矩电流就能达到对转矩的控制。

要实现转子磁场定向，就须测量出Φ2对定子绕组的相位角φ，以便进行坐标的旋转变换。同时控制系统中要求维持磁通恒定，一般可以采用磁通反馈形成磁通闭环，这都需要测出实际的转子磁链幅值及其相位。测定的方法有直接检测法和间接观测法。

（1）直接检测法。

直接检测可以用霍尔元件直接测气隙磁通密度。从理论上说，直接检测比较准确，但实际检测元件本身工艺复杂，且低速时干扰严重，所以实际应用中多采用间接观测方法。

（2）间接观测法。

间接观测法是检测电压、电流和转速等易于测得的物理量，然后利用磁链（磁通）的观测模型，实时计算磁链的幅值与相位。

虽然可以检测出转子磁链的幅值和相位，但是由于转子磁链难以准确观测，矢量变换有一定的复杂性，运算量大，实际控制效果往往难以达到理论分析的结果，这是矢量控制技术在实践上的不足。此外，它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置，才能实现定子电流解耦控制，因此，在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器，这也给许多应用场合带来不便。

矢量控制系统的工作原理与应用

相关推荐