矢量控制交流变频调速系统设计(8)

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制的基本思想。图4.2是上述等效关系的结构图，从整体式看，是一台输入为A、B、C三相电压，输出为转速?的异步电动机。从内容上看，经过3/2变换和同步旋转变换，变成一台由iM、iT输入，?输出的直流电动机[20]。

φABCiα3/2iβimVRit等效直流电机模型ω异步电动机

图4.2 异步电动机的坐标变换结构图

4.2 按转子磁场定向的矢量控制方法的实现

在模拟直流电动机转矩控制时，一般采用保持主磁通不变，调节控制电枢电流的方法，即应保持转子总磁链?r不变，改变T轴转矩电流分量。此外，异步电动机在进行变频调速时，随着频率的改变，实时控制、调节电流的转矩分量iT，因此电流和频率动态协调的关系也应该是矢量控制时必须遵循的基本原则。为了提高调速系统的动态性能，需要对电磁转矩进行有效控制，故在矢量控制变频调速系统的转速环内加入转矩内环，以转速调节器ASR的输出作为转矩调节器ATR的给定Te?，则构成带转矩内环的转速、磁链闭环的矢量控制变频调速系统原理框图如图4.3所示。

图4.3 矢量控制变频调速系统原理框图

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转矩闭环控制的矢量控制系统结构图如图4.4所示。在转速调节器ASR和电流转矩分量调节器ACTR间增设了转矩调节器ATR，当转子磁链发生波动时，通过转矩调节器及时调整电流转矩分量给定值，以抵消磁链变化的影响，尽可能不影响或少影响电动机转速。

图4.4 转矩闭环控制的矢量控制系统结构图

按转子磁场定向的两相同步旋转坐标系上的数学模型中，电压方程如下

Lmp??1Lm??isM??usM??Rs?Lsp??1Ls??i??u???L?LLpR?Lp1s1mmss??sT? （4.2） ?sT????0??LmpRr?Lrp0??irM?0???????L?LR00??smsrr??irT? ?由式（3.48）得到

irM?L1?r?misM （4.3） LrLr

将式（4.3）代入式（4.2）中的第三行，得

irM??

式（4.4）代入（4.3）中得到

p?r （4.4） RrisM? 或写做

Trp?1?r （4.5） Lm LmisM （4.6） Trp?1Lr是转子电磁时间常数 Rr?r?

式中 ，Tr?式（4.6）表明，?r与isM之间的动态关系是一阶惯性环节，即当定子电流励磁分量突变而引起转子磁链?r变换时，会在转子中感生转子电流励磁分量阻止?r的变化，使?r- - 29

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只能按转子时间常数Tr的指数规律变化，它还表明转子磁链?r只由isM产生，与定子电流的转矩分量isT无关，它还表明稳态时，?r=常数，p?r?0。

由（3.49）得

LrirT （4.7） Lm

此式说明，irT跟随isT立即变化。这时因为在T轴式不存在转子磁通，所以无惯性。

isT??电磁转矩方程同（3.58），即

Lm?risT （4.8） Lr

此式表明，当?r不变时，定子电流转矩分量isT的变化会引起电磁转矩成正比地改

Te?np变，没有任何滞后。

频率控制与电路协调控制的问题可由式（3.56）第4行和式（3.59）得

?s??Rr

将式（3.54）代入式（4.9）得

?rirT （4.9）

?s?

式（4.10）说明，当?r恒定时，矢量控制系统的转差频率在动态中也能与转矩成正比。

由式（4.2）的第1，2行，和式（4.3）、（4.6）、（4.7）可得

LmisT （4.10） Tr?rusM

L2L （4.11） ?(Rs?m??Lsp)isM???1LsisT?m?rLrTrLrTr

Lm?s?r （4.12） Lr

usT?(Rs??Lsp)isT??Ls?1isM?L2式中，??1?m为漏磁系数

LsLrTr?Lr为转子时间常数 Rr电压型PWM逆变器控制需要系统提供三相的电压信号，需要将系统给定的电流信号转变为电压信号，而MT轴系的电压和电流具有复杂的关系，这就需要加上电压变换器，将给定的电流信号转变为相应的电压信号。

将式（4.2）的第1，2行变为

Rs(1??Tsp)isM?usM?Rs[?1?TsisT?(1??)TspiMm] （4.13）

Rs(1??Tsp)isT?usT?Rs[?1?TsisM?(1??)Ts?1iMm] （4.14） 式中iMm?1isM （4.15） 1?Trp- - 30

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式（4.15）代入式（4.13）得

Rs(1??Tsp)isM?usM?Rs[?1?TsisT?

整理后得到

*(1??)Ts(isM?iMm)] （4.16）

Tr(1??)Ts(isM?iMm)]（4.17） Tr

*usM?usM?upM?Rs(1??Tsp)isM?R1[?1?TsisT?同样地,可以得到

（4.18）

式（4.17）和（4.18）的右边第二部分可根据输入信号得到相应的值，由于是根据

u*sT?usT?upT?Rs(1??Tsp)isT?R1[?1?TsisM?(1??)Ts?1iMm]*模型计算的数据，因而表示的是系统当前的状态，为得到三相电压信号需要对右边的式子进行调节，将右边第一式作为调节器的输出。

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