电力电子与现代控制Power-Electronic-and-Modern-Control课件.ppt
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- 电力 电子 现代 控制 Power Electronic and Modern Control 课件
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1、电力电子与现代控制Power Electronic and Modern Control中国科学院研究生院中国科学院研究生院第四章:电机的控制理论和控制系统第四章:电机的控制理论和控制系统n简介 n直流电机的控制n异步电机的控制 1、标量控制 2、矢量控制:磁场定向控制和直接转矩控制n电励磁和永磁同步电机的控制 1、磁场定向控制 2、直接转矩控制简介简介 电机控制的任务:电机控制的任务:采用电力电子装置,通过对电机系统的机械特性的控制,使电机按照预定的方式或轨迹运行。电机控制的类型:电机控制的类型:位置、速度和力矩控制;开环控制和闭环控制;标量和矢量控制。电机控制的关键:电机控制的关键:电机电
2、磁转矩的控制 电机的机械方程:电机控制系统的性能的好坏取决于电机电磁转矩的控制。电机控制系统的性能的好坏取决于电机电磁转矩的控制。),(,0remrrrrrploademiufTdtBdtdnJTT直流电机的控制及系统直流电机的控制及系统n 直流电机的数学模型:直流电机的数学模型:n 可以构成直流电机的控制可以构成直流电机的控制系统为:系统为:JTiMiJTTdtdiMiTdtdiLiruMidtdiLiruloadafdloademrafdemfdfdfdfdfdfdaaaaa异步电机的控制异步电机的控制n标量控制n矢量控制 1、磁场定向控制 2、直接转矩控制异步电机的标量控制异步电机的标量
3、控制2122111110jSirji ru稳态时,鼠笼型异步电机的电压方程为:鼠笼型异步电机的电磁转矩为:鼠笼型异步电机稳态等效电路图鼠笼型异步电机稳态等效电路图)(5.1)(5.1)(5.1)(5.121212212111112121qddqmpqddqpqddqpqddqmpemiiLLniiniiniiiiLnTp忽略定子电阻 时,定子磁链 等于电压 与定子角频率 之比。p转子磁链 等于转子电流 与转子滑差频率 之比的负值。p转子磁链超前转子电流90度。p忽略定转子磁链 时,定子磁链与转子磁链相等。1rllLL21,1121S1U1i所以,忽略 时,鼠笼型异步电机的稳态电磁转矩为:llL
4、Lr211,12121S5.15.1ppemninT如控制定子磁链的幅值恒定,则稳态电磁转矩与滑差频率成正比。异步电机的标量控制异步电机的标量控制异步电机的矢量控制异步电机的矢量控制n 磁场定向控制磁场定向控制 1 1、磁场定向控制的基本理论、磁场定向控制的基本理论 2 2、磁场定向控制的实现、磁场定向控制的实现 3 3、磁场定向控制系统、磁场定向控制系统 4 4、计算与仿真、计算与仿真n 直接转矩控制直接转矩控制 1 1、直接转矩的基本理论、直接转矩的基本理论 2 2、直接转矩控制的实现、直接转矩控制的实现 3 3、直接转矩控制系统、直接转矩控制系统 异步电机的磁场定向控制理论异步电机的磁场
5、定向控制理论)(5.11111qddqpemiinT122222111111sjpirujpiru122222122222111111111111spiruspirupi rupi rudqqqqddddqqqqddd2212221221112111qqmqddmdqmqqdmddiLiLiLiLiLiLiLiL异步电机在同步旋转坐标系下的电压和异步电机在同步旋转坐标系下的电压和磁链方程为:磁链方程为:电磁转矩:电磁转矩:222111222111qdqdqdqdjiiijiiijuuujuuu)()()(2122222212111111iiLiLjiiLjiiLiLjmlqdmqmdmmmlq
6、d建立下述矢量:建立下述矢量:异步电机的电压方程可表示为:异步电机的电压方程可表示为:转子磁链转子磁链定子磁链定子磁链气隙磁链气隙磁链鼠笼型异步电机稳态等效电路图鼠笼型异步电机稳态等效电路图转子磁场定向控制转子磁场定向控制0;222qd如右图所示异步电机的矢量图中,如将d轴与转子磁链方向一致,此时有:21222122212215.11;qmpemmdqmiLLnTLpirLiLs022122221221112111qqmqddmdqmqqdmddiLiLiLiLiLiLiLiL异步电机的电压和磁链方程为:则有下述关系式成立:达到稳态时:1122212222111212215.15.111dqm
7、pqmpemmmddqqmiiLLniLLnTLLpiiiiLs可见:n异步电机的电磁转矩可以表示成两个电流id1和iq1的乘积;n调节id1的值就可改变转子磁链大小,如果保持id1不变,调节iq1的值就可以线性的改变电机电磁转矩的值;nid1称之为电机励磁电流分量,iq1为力矩电流分量。n转子磁场定向理论上最大转矩为无限大。122222211111111111100sirpirpi rupi ruqddqqqqddd定子磁场定向控制定子磁场定向控制0;111qd异步电机的电压和磁链方程为:如右图所示异步电机的矢量图中,如将d轴与定子磁链方向一致,此时有:1121111212122221111
8、215.1)/(1)/()/1(1,;)/()/(1qpemqdmqdinTpisLpiLLLrLiiLps221222122111121110qqmqddmdqmqqdmddiLiLiLiLiLiLiLiL则有下述关系式成立:可见:n 异步电机的电磁转矩可以表示成电流iq1和定子磁链的乘积,如保持定子磁链恒定,调节定子电流iq1可以线性的调节电磁转矩;n 调节id1的值就可改变定子磁链大小,但同时受iq1的影响。122221222211111111100spirspiri rupi rudqqqddqqdd0)(1)(1)(221121221siLsqs)11(4312LnTpsem气隙磁场
9、定向控制气隙磁场定向控制0;qmmdm异步电机的电压和磁链方程为:如右图所示异步电机的矢量图中,如将d轴与气隙磁链方向一致,此时有:mqpemmqmmmdlmqdmmmminTpisLpiLLrLiiLps1211212222211215.1)/(1)/()/1(,;)/()/(1则有下述关系式成立:可见:n异步电机的电磁转矩可以表示成电流iq1和气隙磁链的乘积,如保持气隙磁链恒定,调节定子电流iq1可以线性的调节电磁转矩;n调节id1的值就可改变气隙磁链大小,但同时受iq1的影响。122221222211111111111100spirspirpirupirudqqqdddqqqqddd22
10、2212222212112111112111qlqqmqmdlddmdqlqmqqmdldmddiLiLiLiLiLiLiLiLiLiLiLiL)11(432mmpmemLnT0)(1)(1)(22112221mqmmmmsiLs磁场定向控制的实现磁场定向控制的实现 磁场定向控制的关键在于获取定向磁链的空间位置和大小,只有在定向轴线与定向磁链重合,且保持定向磁链幅值大小恒定,才能获得如直流电机一样的解藕控制特性。按照获取定向磁链位置的方式不同,磁场定向控制有两种实现方法:dtdtsr1121)(1、直接法:直接检测或计算定向磁链的空间位置和大小,又有:A.测量法:在气隙中放置磁链检测装置直接测
11、量定向磁链;B.计算法:利用电机的数学模型和参数,以及测量的电压电流转速值直接计算 出定向磁链的空间位置和大小,根据结构不同又有估计器和观测器两种。2、间接法:它是一种间接获取定向磁链位置的一种方法。其基本原理是:见上图所示的转子磁场定向控制矢量图,d轴在空间上相对于定子A相轴线以同步角频率1逆时针旋转,转子a相轴线以相对于定子A相轴线以转子角频率r逆时针旋转。那么定向磁链的位置角为:转子角频率r由转子位置传感器量测得到,而滑差角频率s1可由电机数学模型计算得到,两者之和即为同步角频率1,积分可得定向磁链的空间位置角1。转子磁场定向控制系统(间接法)转子磁场定向控制系统(间接法)1222222
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