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異步電機的VC 原理

作者：admin  來源：本站  發表時間：2012/10/15 9:21:04  點擊：4044

異步電機的VC 思想是根據電機的動態數學模型，利用矢量變換方法，將異步電機模擬成直流電機，從而獲得良好的控制性能。它以轉子磁鏈為參考坐標( 即將同步旋轉坐標系的d 軸放置在轉子磁場方向) ，首先通過靜止坐標系到旋轉坐標系間的坐標變換，將定子電流分解成產生磁鏈的勵磁分量和產生轉矩的轉矩分量，并使兩分量相互獨立而解耦; 然后分別對磁鏈和轉矩進行獨立控制; 最后通過坐標變換將兩個獨立的直流控制量還原為交流時變量來控制電機。

    由于異步電機在靜止坐標系abc 下的數學模型比較復雜，需要通過兩次坐標變換來簡化異步電機的數學模型。這兩次坐標變換分別是指三相靜止坐標系abc 與兩相靜止坐標系 αβ 之間的變換( 簡稱3s /2s 變換) 、兩相靜止坐標系 αβ 與兩相同步旋轉dq 坐標系之間的變換( 簡稱2s/2r 變換) 。

    通過以上變換可得到在dq 坐標系下電機的電壓、磁鏈和轉矩的數學模型，它們分別為:

公式1234

    當把轉子旋轉坐標系dq 坐標系磁鏈定向在同步旋轉坐標系mt 坐標系的m 軸時( 此時dq 與mt 兩坐標系重合，即d = m、q = t) ，應有:

公式5

    由此可得電機VC 解耦控制方程為:

公式67

    以上各式中: 下標s、r、d、q、m、t 分別為定子、轉子、d軸、q 軸、m 軸、t 軸; p = d/dt 為微分算子; Rs、Rr分別為定子、轉子電阻; Lm、Ls、Lr分別為定轉子間互感、定子繞組電感和轉子繞組電感; ω1、ωs和 ωr分別為定子頻率的同步轉速、轉差轉速和轉子轉速; θ 為轉子磁鏈角; usd、usq和urd、urq分別為d、q 軸定子電壓和d、q 軸轉子電壓;isd、isq和ird、irq分別為d、q 軸定子電流和d、q 軸轉子電流; ψsd、ψsq和 ψrd、ψrq分別為d、q 軸定子磁鏈和d、q 軸轉子磁鏈; ψrm、ψrt分別為m、t 軸轉子磁鏈; np為極對數; Tr為轉子時間常數; J 為機組轉動慣量; Te、Tm分別為電磁轉矩、負載轉矩; F 為阻轉矩摩擦系數。

    由式( 6) 和式( 7) 可以看出，轉子磁鏈 ψr只由定子電流勵磁分量isd決定。當轉子磁鏈 ψr達到穩態并保持不變時，電磁轉矩Te只由定子電流轉矩分量isq決定，此時磁鏈 ψr與轉矩Te分別由isd和isq獨立控制，實現了磁鏈和轉矩的解耦。只要根據被控系統的性能要求合理確定isd和isq，就能實現轉矩Te的瞬時控制和轉速ωr的高精度跟蹤。

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