异步电机无速度传感器矢量控制毕业论文(编辑修改稿)

异步电机无速度传感器矢量控制毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

39。 与原来的电压空间矢量 outU 的幅值相等。 如此下去，在每一个 PWMT 期间，都改变相邻基本矢量作用的时间，并保证所合成的电压空间矢量的幅值都相等，因此，当 PWMT 取足够小时，电压空间矢量的轨迹是一个近似圆形的正多边形。 、 2t 和 0t 的计算 如上面所述，线性时间组合的电压空间矢量 outU 是 PWMTt1 倍的 xU 与 PWMTt2 倍的60xU 的矢量和，即： 6021  xP W MxP W Mout UT tUT tU (142) 由图 118，根据三角形的正弦定理有：  120s in)60s in ( 1 outxP W M UUTt (143)  120s ins in 602 outxPW M UUTt (144) 由式 (143)和 (144)解得： s in32)60s in (326021P W MxoutP W MxoutTUUtTUUt (145) 式中， PWMT 可事先选定； outU 可由 fU 曲线确定；  可由输出正弦电压角频率  和 PWMnT的乘积确定。 因此， 当已知两相邻的基本电压空间矢量 xU 和 60xU 后，就可以根据式 (145)确定 1t 和 2t。 1t 和 2t 还有另一种确定方法。 当 outU 、 xU 和 60xU 投影到平面直角坐标系  中时，式 (142)可以写成：  outoutxxxxP W M UUUU UUTtt 1606021 (145) 当已知逆阵 16060  xxxx UU UU 和 outU 在平面直角坐标系 的投影 outoutUU 后，就 可以确定 1t 和 2t。 在图 117中，当逆变器单独输出零矢量 00O 和 111O 时，电动机的定子磁链矢量  是不动的，根 据这个特点，在 PWMT 期间插入零矢量作用的时间 0t ，使： 021 tttTPWM  (147) 通过这样方法，可以调整角频率  ，从而达到变频的目的。 添加零矢量是遵循使功率开关管的开关次数最少的原则来选择 00O 或 111O。 为了使磁链的运动速度平滑，零矢量一般都不是集中地加入，而是将零矢量平均分成几份，多点地插入到磁链轨迹中，但作用的时间和仍为 0t ，这样可以减少电动机转矩的脉动。 将图 117 划分成 6 个区域，称为扇区。 每个区域都有一个扇区号 (如图中 0、 1 、 5)。 确定 outU 位于哪个扇区是非常重要的，因为只有知道 outU 位于哪个扇区，才能知道用哪一对相邻的基本电压空间矢量来合成 outU。 确定 outU 所在的扇区号的方法有两种： ① 当 outU 以 坐标系上的分量形式 outU 、 outU 给出时，先用下式计算 0B 、 1B 、 2B ： UUBUUBUB30s in60s in30s in60s in210 (147) 再计算下式 P 值： )()(2)(4 012 Bsig nBsig nBsig nP  (148) 式中， )(sin xn 是符号函数，如果 1)(,0  xsignx ；如果 0)(,0  xsignx。 然后，根据 P 值查表 43，即可确定扇区号。 表 43 P 值与扇区号对应关系 P 1 2 3 4 5 6 扇区号 1 5 0 3 2 4 ② 当 outU 以幅值和相角的形式给出时，可直接根据相角来确定它所在的扇区。 当由 6 个基本电压空间矢量合成的 outU 以近似圆形轨迹旋转时，其圆形轨迹是 6 个基本电压空间矢量幅值的限制。 最大的园形轨迹是 6 个基本矢量幅值所组成的正 6 边形的内接园，如图 119 所示。 因此， outU 的最大幅值 (也是最大轨迹园半径 )是 2DCU。 交流异步电动机的矢量控制 交流异步电动机变频变压调速系统，由于它们采用 U/f 恒定、转速开环的控制，基本上解决了异步电动机平滑调速的问题。 但是，对于那些对动静态性能要求较高的应用系统来说，上述系统还不能满足使用要求。 与直流电动机的优良的动静态调速性能相比，使我们想到能否让交流电动机调速像直流电动机那样控制。 矢量控制理论是由德国的 在 1971 年提出的。 矢量控制法成功的应用后，使交流异步电动机变频调速后的机械特性以及动态性能都达到了与直流电动机调压时的调速性能不相上下的程度。 从而使交流异步电动机变频调速在电动机的调速领域里占有越来越重要的地位。 交流异步电动机的矢量控制基本原理 任何电动机的电磁转矩都是由主磁场和电枢磁场相互作用而产生的。 因此，为弄清楚交流异步电动机的调速性能为什么不如直流电动机的原因，我们将交流异步电动机和直流电动机的磁场情况进行比较： ①直流电动机的励磁电路和电枢电路是相互独立的；而交流异步电动机的励磁电流和负载电流 都在定子电路，无法将他们分开。 ②直流电动机的主磁场和电枢磁场在空间是互差 90176。 电度角；交流异步电动机的主磁场和转子电流磁场间的夹角与功率因数有关。 ③直流电动机是通过独立地调节两个磁场中的一个来进行调速；交流异步电动机则不能。 在交流异步电动机中，如果也够对负载电流和励磁电流分别进行独立控制，并使它们的磁场在空间位置上也能相差 90176。 电度角，那么，其调速性能就可以和直流电机相媲美了。 这一想法最终通过矢量控制方式得以实现。 1．产生旋转磁场的方式 律，对下面 3种旋转磁场进行分析。 众所周知 ，任意多相绕组通以多相平衡的电流，都能产生旋转磁场。 为了找出三相交流异步电动机上模拟直流电动机控制转矩的规 ⑴三相旋转磁场 如图 21 所示 是三相固定绕组 A、 B、 C。 这三相绕组的特点是：三相绕组在空间上相差 120176。 ，三相平衡的交流绕组电流 Ai 、 Bi 、 Ci 在相位上相差 120176。 对三相绕组通入三相交流电后，其合成磁场如图 22 所示。 由图可见，随着时间的变化，合成的轴线也在旋转，电流交变一个周期，磁场也旋转一周。 在合成磁场旋转的过程中，合成磁感应强度不变，所以称为园磁场。 AACBBC 图 21三相绕组与三相交流电流 ⑵ 两相旋转磁场 如图 23 所示是两相固定绕组α 、 β。 这两相绕组在空间上相差 90176。 ，两相平衡的交流电流 i 、 i 在相位上相差 90176。  4 2 ti i i0( a ) 两 相 绕 组 ( b ) 两 相 电 流 图 23 两相绕组与两相交流电流 对两相绕组通入两相电流后，其合成磁场如图 24 所示。 由图可见，两相合成磁场也具有和三相旋转磁场完全相同的特点。 0)( ta  4)(  tb 2)(  tc 图 24 两相合成磁场 ⑶ 旋转体的旋转磁场 在如图 259(a)所示的旋转体上，放置一个绕组 M， M内通入直流电流，这样它将产生一个恒定磁场，这个恒定磁场是不旋转的。 但当旋转体旋转时，恒定磁场也随之旋转，在空间形成一个旋转磁场。 由于是借助机械运动而得动的，所以也称为机械旋转磁场。 如果在旋转体上放置两个相互垂直绕组 M、 T，则当给这两个绕组分别通入直流电流时，它们的合成磁场仍然是恒定磁场，如图 25(b)所示。 Mn( a ) 旋 转 体 所 形 成 的 旋 转 磁 场MnT MFTF F( b ) 旋 转 体 上 两 个 直 流 绕 组 产 生 的 磁 场 图 25 机械旋转磁场 同样 ,当旋转体旋转时，该合成磁场也随之旋转，这称之为机械旋转直流合成磁场。 而且如果调节两路直流电流 Mi 、 Ti 中的任何一路时，直流合成磁场的磁感应强度也得到了调整。 如果用上述 3 种方法产生的旋转磁场完成相同 (磁极对数相同，磁感应强度相同，转速相同 )，则认为这时的三相磁场 、 两相磁场 、 旋转直流磁场系统是等效的。 因此，这 3种旋转磁场之可以相互进行等效转换。 通常，吧三相交流系统向 两相交流系统的转换称为 Clarke 变换，或称 3/2 变换；两相系统向三相系统的转换称为 Clarke 逆变换，或 2/3 变换；把两相交流系统向旋转的直流系统的转换称为 Park 变换，或称交直变换；旋转的直流系统向两相交流系统的转换称为 Park 逆变换，或称直 /交变换。 如上所述，一个三相交流的磁场系统和一个旋转体上的直流磁场系统，通过两相交流系统作为过渡，可以相互进行等效变换。 因此，如果将用于控制交流调速的给定信号变换换成类似于直流电动机磁场系统的控制信号，也就是说，假想由两个互相垂直的直流绕组 同处于一个旋转体上，两个绕组中分别独立地通入由给定信号分解而得得励磁电流信号 Mi 和 Ti 等效的三相交流控制信号 Ai 、 Bi 、 Ci ，用它们去控制逆变电路。 同样，对于电动机在运行过程中系统的三相交流数据，又可以等效变换成两个相互垂直的直流信号，反馈到控制端，用来修正基本控制信号 Mi 、 Ti。 在进行控制时，可以和直流电动机一样，使其中一个磁场电流 (例如 Mi )不变，而控制另一个磁场电流 (例如 Ti )信号，从而获得和直流电动机类似的控制效果。 矢量控制的基本原理也可以用图 56所示的抠图来加以说明。 给定信号分解成两个相互垂直而且独立控制的直流信号 Mi 、 Ti ，然后通过直 /交变换将 Mi 、 Ti 变换成两相交流信号 i 、 i ，又经 2/3 变换，得到三相交流的控制信号 Ai 、 Bi 、 Ci ，去控制逆变电路。 控 制 器 直 / 交 变 换 2 / 3 变 换 逆 变 电 路传 感 器3 / 2 变 换交 / 直 变 换MiT i Ci BAAiBCMiT i给 定 信 号 图 26 矢量控制原理框图 电流反馈信号经 3/2 变换和交 /直变换，传送到控制端，对直流控制信号的转矩分量 Ti 进行修正，从而模拟出类似于直流电动机的工作状况。 矢量控制的坐标变换 感应电动机内的磁场由定 子 、 转子三相绕组的磁势 (或磁动势 )产生的 ,根据电动机旋转磁场理论可知，向对称的三相绕组通以三相正弦电流时，就会产生合成磁势，它是一个在空间以 ω 速度旋转的空间矢量。 如果用磁势或电流空间矢量来描述前面所述的三相磁场 、 两相磁场和旋转直流磁场，并对它们进行坐标变换，就称为矢量坐标变换。 矢量坐标变换必须要遵循以下原则： ① 应遵循变换前后电流所产生的旋转磁场等效； ② 应遵循变换前后两个系统的电动机功 率不变； 将原来坐标下的电压 u和电流 i变换为新坐标下的电压 u和电流 i,希望它们有相同的变换矩阵 C，因此有 : 39。 Cuu 39。 Cii 为了能实现逆变换，变换矩阵 C 必须存在逆阵 1C ，因此变换矩阵 C 必须是方阵，而且其行列式的值必须不等于零。 因为 u = Z i,Z 是阻抗矩阵，所以 ； 39。 39。 39。 39。 11 iZZ C iCuCu   式中， Z39。 是变换后的阻抗矩阵，它为 : ZCCZ 139。  为了满足功率不变的原则，在一个坐标下的电功率 Ti = 11iu + 22iu + „ + nniu 应该等于另一个坐标下的电功率 39。 Ti 39。 u = 39。 39。 11iu + 39。 39。 22iu + „ 39。 39。 nniu ，即 :。