三相异步电机矢量控制
变频器矢量控制原理
变频器矢量控制原理
变频器矢量控制原理是一种用于控制三相异步电动机的方法。
它基于矢量算法，通过测量和处理电机的电流和转速信号，并将其转化为电机控制信号，实现对电机的精确控制。
变频器矢量控制的核心原理是将电机的转子电流和转速向量解耦，分别控制它们的大小和相位。
在传统的矢量控制算法中，主要包括转速闭环控制和电流闭环控制两个环节。
转速闭环控制主要通过测量电机的转速，并将其与期望转速进行比较，得到转速误差信号。
然后根据这个误差信号，通过PID控制算法计算得到控制电机转速的控制信号。
这个控制信号经过逆正切运算，转化为电机的转子电流矢量。
电流闭环控制主要通过测量电机相电流和直流母线电压，得到电流误差信号。
然后根据这个误差信号，通过PID控制算法计算得到控制电机电流的控制信号。
这个控制信号经过逆正切运算，转化为电机的转子电流矢量。
通过对转速和电流闭环控制的协调控制，变频器可以实现对电机的精确控制。
在变频器矢量控制中，可以通过改变电机转子电流矢量大小和相位角来改变电机的转矩和转速。
这样，可以实现电机的平滑启动、调速和制动等控制功能。
总之，变频器矢量控制是一种高级的电机控制方法，可以实现对电机的精确控制，提高电机的响应速度和控制精度。
它在工业生产和各种机械设备中得到广泛应用。
异步电机矢量控制.
下步工作
学习在矢量控制中加入电流闭环控制的相 关原理 制作IRMCF341电源供电部分，保证电源部 分输出正确的电压。 在IRMCF341微控制器8051中增加故障处理 程序，保证故障类型的完整。
将电压方程
改写为
笼型转子 内部短路
σ=1-L2M/LS/LR σ电机漏磁系数
整理可得状态方程
其中Tr—转子电磁时间常数，Tr=Lr/Rr。
二、异步电机的矢量控制
αβ坐标系下转子磁链旋转矢量 ψr空间角度φ， d轴改成m轴，q轴改成t轴 m轴与转子磁链旋转矢量重合
代入上式
状态方程
可得mt坐标系的旋转角速度
转子绕组2r/2s变换
2r/2s
电压方程
பைடு நூலகம்
磁链方程
转矩方程 4、旋转正交坐标系下的动态数学模型
定子旋转变换阵为
转子旋转变换阵为
旋转坐标系下的电压方程
转矩方程
（3）正交坐标系下的状态方程 异步电机有四阶电压方程和一阶运动方程，需选取 五个状态变量1.转速ω；2.定子电流isd和isq；3.转子电流 ird和irq；4.定子磁链ψsd和ψsq；5.转子磁链ψrd和ψrq 以ω-is-ψr为状态变量 dq下的磁链方程
异步电机的矢量控制
2014年10月9日
一、异步电动机的数学模型 二、异步电动机的矢量控制 三、总结
一、异步电动机的数学模型
（1）三相动态模型
1、磁链方程
Lms - 定子交链的最大互感值; Lls - 漏磁通
定子三相各绕组之间与转子三相各绕组之间位置是固定的，互感 为常值
定、转子之间位置是变化的，与θ有关
电磁转矩表达式
按转子磁链定向，将定子电流分解为励磁分量ism和转矩 分量ist，转子磁链ψr仅由励磁分量ism产生，而电磁转矩 Te正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积istψr ,实现 了定子电流两个分量的解耦。
异步电机矢量控制原理
异步电机矢量控制原理一、引言异步电机是一种广泛应用的电动机，其控制方式主要有直接转矩控制和矢量控制两种。
其中，矢量控制是一种更加精确、灵活的控制方式，可以实现高效率、高性能的运行。
本文将详细介绍异步电机矢量控制原理。
二、异步电机基础知识1. 异步电机结构和工作原理异步电机由定子和转子两部分组成，定子上有三个相位交流绕组，转子上则有导体条。
当三相电源施加在定子上时，会产生旋转磁场，进而感应出转子中的感应电动势，并使得导体条在旋转磁场中感受到一个旋转力矩，从而带动转子运动。
2. 异步电机参数异步电机的参数包括定子电阻、定子漏抗、定子互感、转子漏抗等等。
这些参数对于确定异步电机的特性非常重要。
3. 感应电动势和反电动势当三相交流电源施加在定子上时，会产生一个旋转磁场，并且这个旋转磁场的频率与供电频率相同。
这个旋转磁场会感应出转子中的感应电动势，从而产生一个旋转力矩。
同时，由于异步电机的运动，转子中也会产生一个反电动势，其大小与运动速度成正比。
三、矢量控制基础知识1. 矢量控制简介矢量控制是一种通过模拟直流电机的方式来控制交流电机的方法。
它可以实现非常精确的控制，并且可以根据需要调整转速和转矩。
2. 矢量控制原理在矢量控制中，将交流电机看作一个带有两个分量（即直流分量和交流分量）的向量。
通过对这两个分量进行分别控制，就可以实现对交流电机的精确控制。
四、异步电机矢量控制原理1. 矢量控制与异步电机结合在异步电机中使用矢量控制时，需要将交流电源输入到变频器中，并将其输出到异步电机上。
变频器会将交流信号转换为直流信号，并将其分解为两个分量：一个用于产生旋转磁场（即定子磁通），另一个用于产生反向转矩（即转子电流）。
2. 矢量控制中的定子电流和磁通在矢量控制中，定子电流和磁通是非常重要的参数。
定子电流决定了旋转磁场的大小，而磁通则决定了旋转磁场的方向。
因此，在进行异步电机矢量控制时，需要对定子电流和磁通进行精确控制。
基于三相旋转变换与极坐标变换的电机矢量控制
＋ ＿
珊
Ｋ ｅ Ｗ ｏｒ ｓ：Ｉ ｕｃｉ ｎ Ｍ ｏｔｒ ｙ ｄ ｎｄ ｔｏ ｏ ；Ｖｅ ｔ ｃｏｒＣｏｎｒ ｌ ｔｏ ；３ Ｐｈａ ｅ Ｒ ｏ ａｉ ａ ｓｏｒ ａｉ ｎ；Ｐｏｌｒ Ｃｏ ｒ ｎａｅｓＴｒ ｎ ｆ ｒ ａｉ ｎ；ＤＣ ｒｅ ｔ ｓ ｔｔｏｎ Ｔｒ ｆ ｍ ｔｏ ｎ ａ ｏ ｄｉ ｔ ａ ｓ ｏ ｍ ｔｏ Ｃｕｒ ｎ ｑ 一 Ｒｅ ｌ ｔ ｇｕ ａｏｒ
苏 种 ，韩 兵
摘 要 ：就 异 步 电机 旋转 变换 和 实现 方案 进 行 了分 析 ，采 用 了 ３相 同 步旋 转 与 极 坐 标 变 换 的 方 法 ， 立 了新 的 电机 旋 转 变 换 建
和 极 坐 标 矢量 电压 控 制模 型 。 由 于 这个 模 型 具 有 直 流 电流 调 节 器 提供 的 矢 量 电压 模 和 旋转 角 ，显 然 方便 Ｓ ＷＭ 进 行 变 频 ＶＰ 变压 控 制 。分析 变换 使 得 电流 跟 随控 制 器为 直 流 调 节 器 ，可在 直 流 线性 电压 电流 模 型 条 件 下 设 计 电流 反馈 环 ，为 交流 异 步 电
ｌ ａ ｉｉａｅ ｈ Ｐ Ｍ ａ ｉｂｌ ｌａ ａｉ ｂｌ ｒ ｑ ｎ ｙ ｏ ｔｏ ．Ｔｈｅｒ ｓ ｔ ｆａ ｌ ｉ ｎｄ ｃ ｔ ｈｅ ｅｉ ｅｔ ｒｄ ｓｇｎ ｏ ｈｅ ｙ ｆ ｃｌｔ ｔｓｔ ｅ ＳＶ Ｗ ｖ ａ ｅｖｏ ｔｇｅ ｖ ｒａ ｅ ｆｅ ｕｅ ｃ ｃ ｎ ｒ １ ｒ ｅ ｕｌｓｏ ｎａｙｓｓｉ ｉａ ｅ ｔ ｒ ｓａ ｂ ｔｅ ｅ ｉ ｆｔ ｃ ｒ ｎ ｅ ｄｂ ｃ ｏ ｔ ｅ ｅ ｔａ ｆ ｍ ｓｍ ａ ｉ ｇ ｈｅｃ ｒ ｎ ｏｌ ｕｒｅ ｔｆ ｅ ａ ｋ ｌｏｐ ｗｉｈ ｔ ｓ ｒ ｎｓｏｒ ｋ ｎ ｔ ｕｒｅ ｔｆ ｌｏｗｉ ｏｎ ｏ ｌｒｔ ｅＤ Ｃ ｅ ｕｌｔ ｒａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｉ ａ ｏｄ ｌｏｆ ｈ ｎｇ ｃ ｔ ｌｅ ｒ ｈ ｒ ｇ ａ ｏ ｈ ｎ ｎ ａ ｌｎｅ ｍ ｎ ｒ ｅ
异步电动机矢量控制
19
3、定子绕组轴系的变换 (A B C )
下图表示三相异步电动机定子三相绕组A、C、C和与之等效的二相
异步电动机定子绕组 、 中各相磁势矢量的空间位置。三相的A轴
与二相的 轴重合。
B
假设当二者的磁势波形按正弦分 布，当二者的旋三相绕组和二相绕
12
矢量变换控制的基本思想和控制过程可用框图来表示：
旋转坐标系
静止坐标系
控制通道
ω* ψ*
控制器
iT* iM*
旋转变换 A-21
iα*
iβ*
2/3相变换
iA*
i
*
B
iC*
A
-1 1
变频器
iT iM 旋转变换
iα iβ 3/2相变换 iA iB i C
M
A2
A1
反馈通道
以下任务是，从交流电机三相绕组中分离产生磁通势的直流分量和产生 电磁转矩的直流分量，以实现电磁解耦。解耦的有效方法是坐标变换。
组的瞬时磁势沿 、 轴的投影
β
N3iB
N2iα N2iβ
α N3iA A
应该相等。（N2、N3为匝数）
C N3iC
3/2变换
N 2ia
N3iA
N3iB
cos
2
3
N 3iC
cos
4
3
2
4
N 2i 0 N3iB sin 3 N3iC sin 3
20
经计算整理，得：
i
N3 N2
i
A
1 2
iB
1 2
第八章 异步电动机矢量控制
主要内容：
矢量控制的基本思想 坐标变换 异步电动机在不同坐标系下的数学模型 异步电动机矢量控制系统举例
三相异步电动机的几种调速方式
三相异步电动机的几种调速方式一、手动控制调速手动控制是一种最普遍的三相异步电动机调速方式。
它依靠加装变压器、电阻器或多脉冲变压器等器件，调节其输入电压、输入频率或输出电压，从而在一定范围内实现电动机的速度调节。
手动控制调速简单易行，但需要对其进行操作并且无法在一定时间内快速响应，因此其调速效果难以满足大功率调速应用的需求。
二、电压型调速又称为调压调速，它利用晶闸管、继电器等智能控制器调节电动机供电输入电压或输出电压，控制电动机转速。
这种调速方式具有精度高、响应快的优点，而且兼容性好，可实现精细调节。
三、频率型调速频率型调速是运用变频器将变频器输入电源的固定频率变换为可调的变频电源，并通过变频器控制电动机转速。
变频器能够调节电动机速度，实现电机无极调速，从而应用广泛。
此外，特别适用于中低速大扭矩的电动机。
四、矢量控制调速矢量控制调速又称为磁场定向控制调速。
它是一种高精度、高响应速度的调速方式，它利用磁场定向技术，利用电机开机后的瞬态响应，精确测量电机位置并控制电机转速。
与其它调速方式相比，矢量控制调速能够实现缓启动、粘滑保护，并且可以自动调整电磁场大小和角度，实现高速、高精度的调速。
五、惯量调节法惯量调节法是利用电动机惯性和输出转矩的反比关系控制电动机转速的，通常应用于重载起动场景中的电动机调速。
它适用于一些运行要求高的场合，在某些情况下，可达到更好的调速效果，但一般不适用于低速调节。
六、PWM调速PWM调速广泛应用于三相异步电动机调速中，它结合了电压调速和频率调速的优点，而且具有成本低、可靠性高等优点。
PWM调速采用高频脉冲宽度调制技术，调节输出电压的宽度，从而控制电动机转速。
PWM调速还可以实现过流保护、欠压保护等，应用性强。
以上为六种三相异步电动机的调速方式，每种调速方式都有其适用的场合。
根据实际应用需求，选择合适的调速方式可以实现电动机稳定、高效的工作。
异步电动机矢量控制_FOC_和直接转矩控制_DTC_方案的比较
异步电动机矢量控制_FOC_和直接转矩控制_DTC_方案的比较首先，我们来看看FOC方案。
FOC方案是基于电机矢量控制理论而发展起来的一种控制方法，在控制异步电动机时，可以通过精确测量和控制转子磁链矢量的方向和大小，来实现精确控制电机的转矩和转速。
其核心思想是将电动机的三相定子电流进行矢量拆分，分为一个磁场矢量和一个转矩矢量，从而实现转子磁链方向和大小的控制。
FOC方案的优点是控制精度高，响应速度快。
由于可以实时测量和控制电机的磁链矢量，FOC方案可以精确控制电机的转矩和转速。
此外，由于转子磁链矢量可以根据需要即时调整，FOC方案可以快速响应转矩和速度的变化，从而适用于需要快速响应和精确控制的应用。
然而，FOC方案也存在一些缺点。
首先，FOC方案的实现较为复杂，需要进行电流和电压的矢量控制，以及相应的转子定位和速度估算算法。
这些复杂的控制算法在实践中需要较高的计算能力和较多的计算资源，因此实现起来较为困难。
其次，FOC方案对于电机参数和系统模型的准确性要求较高。
由于FOC方案需要测量和控制转子磁链矢量，因此对电机参数和系统模型的准确性要求较高，如果参数不准确，将导致控制性能下降。
接下来，我们来看看DTC方案。
DTC方案是一种基于直接转矩控制原理的控制方法，其核心思想是通过采用转矩和磁链两个控制变量直接控制电机的转矩和速度。
DTC方案通过测量和计算磁链和转矩的误差，根据预定的控制规则直接调节电机的电压和频率，以实现对电机转矩和速度的控制。
DTC方案的优点是实现简单，控制快速。
DTC方案不需要进行电流和电压的矢量控制，只需要测量和控制磁链和转矩的误差，因此实现起来相对简单。
此外，DTC方案由于直接控制电机的电压和频率，可以快速响应转矩和速度的变化，适用于需要快速相应和简单控制的应用。
然而，DTC方案也存在一些缺点。
首先，DTC方案的动态性能较差。
由于DTC方案是基于磁链和转矩误差进行控制的，其控制性能受到不可避免的误差和延迟的影响，因此其动态性能较差，不能达到FOC方案的精确度和响应速度。
异步电动机的动态数学模型及矢量控制
iiCa
Lbc
ib
L2l Lccic
Ψ ΨR SL LR SSS
LSRiS LRRiR
L11L1l
其中，Lss
1 2
L11
1 2
L11
1 2
L11
L11L1l
1 2
L11
1
2 1
2
L11 L11
L11L1l
L22 L2l
LR
R
1 2
L22
1 2
L22
1 2
L2
2
L22 L2l
其中 p 为， 电机的 L 12 磁 N 1N 极 2 m对数。
2、转矩方程
Te
TL
J p
d
dt
J p
d 2
dt 2
J
d 2 m
dt 2
其中 m p 转子转动的机械角度
机数学模型的性质：
在A、B、C三相坐标系异步电动中异步电动机的基本方程 是由七个微分方程和一个电磁转矩公式组成。由于在微分 方程式中出现了两个变量的乘积项，所以数学模型是非线 性的 。
Ca
LCA LaA
b
LbA
c LcA
LAB L1l LBB
LCB LaB LbB LcB
LAC LBC L1l LCC LaC LbC LcC
LAa LBa LCa L2l Laa Lba Lca
LAb LBb LCb Lab L2l Lbb Lcb
LAc iA LBc iB
LCc Lac
Xm
θ
xA
表示x为 AX： mej
参考轴A
三相坐标系下的物理量如何用空间矢量表示？
设三相坐标系下三相物理量分别为：x（A t）、x（B t）、x（ C t） 取a e j1200 1 j 3
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1/s
r
iB iC
3/2变 换
isβ
旋转 变换
2s/2r
+
ist npLm/Lr
dω/dt
Te +
np/J
-
1/s ωr
TL
等效直流电机模型
* r
is*m
1
控制
ω*r
器
is*t
1
ism 等效 直流 电机
ist 模型
r电流闭环控制 ωr必不可少
简化后的等效直流调速系统
按转子磁链定向的矢量控制系统
b
c
三相异步电机的原始数学模型
转矩方程
Te np Lms[(iAia iBib iCic ) sin (iAib iBic iCia ) sin( 120 ) (iAic iBia iCib ) sin( 120 )]
以上数学模型存在非线性强耦合性
2. 等效后的定、转子绕组间不存在相对运动。
3.旋转坐标系旋转速度ω1理论上可为任意值，但只
有等于定子电流的频率，即使用同步旋转坐标系，
才有实际意义。
按转子磁链定向的矢量控制系统
基本思想 通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交系统中， 得到等效的直流电动机模型，仿照直流电机的控制方法控 制电磁转矩和磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制 量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。
Te -
1
r
Ti s
r
1
r
Tons 1
转速环按典型Ⅱ型系统设计，ASR采用PI调节器，取 中频宽h＝5，
两个小惯性环节合并， T n 2Toi Ton n h Tn 5Tn
KN
Kh
n Ti
Kn
6 n Ti 50 T2n
6 5T n Ti 50T2n
sd Lsisd Lmird
usq Rsisq Psq 1sd
sq Lsisq Lmirq
urd Rrird Prd (1 r )rq
rd Lrird Lmisd
urq Rrirq Prq (1 r )rd
Tr
Lr Rr
按转子磁链定向的矢量控制系统
转矩公式可简化为
Te np Lm (istirm ismirt )
np Lm (istirm
r
Lrirm Lm
(
Lmist Lr
))
np
Lm Lr
ist r
按转子磁链定向的矢量控制系统
1/Tr
iA
isα
ism
- dΨr/dt
Lm/Tr
ωs
1/P
s
+
Tr
Lm
ψr
按转子磁链定向的矢量控制系统
定子电流环的设计
调节对象为一个大惯
id(S)* -
Usd*(S)
Usd(S)
Ki
is 1 is
KA
ACR
1/ Z TLs 1
性和一个小惯性，按 id(S) 典型Ⅰ型系统设计电
流调节器，ACR选PI
Toi s 1
调节器，
i
* d
按转子磁链定向的矢量控制系统
转子磁链环的设计
* r
-
K
s
1 s
i*sm
1/
ism
2Tois 1
Lm Tr s 1
r
设计方法同电流调节器
按转子磁链定向的矢量控制系统
转速环的设计
r*
-
K
n
ns ns
1
Te*
i*st
TL
1/ 2Tois 1
ist
uB
0 Rs
0
0
0
0
iB
A
B
uuCa
0 0
0 0
Rs 0
0 Rr
0 0
0 0
iiCa
d dt
C a
ub
0
0
0
0
Rr
0
ib
uc 0 0 0 0 0 Rr ic
rq Lrirq Lmisq
转矩方程
Te np Lm (isqird isdirq )
三相异步电机在同步旋转正交坐 标系中的数学模型
说明： 1.定子绕组经过3/2变换、两相静止到两相旋转2步 变换 转子绕组是旋转的，因此需经3/2变换、两相旋转到 两相静止、两相静止到两相旋转3步变换
三相异步电机的原始数学模型
三相磁链方程
每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其他绕组对它的 互感磁链之和
A LAA LAB LAC LAa LAb LAc iA
B
LBA
LBB
LBC
LBa
LBb
LBc
iB
Ls Lsl Lm
C a
ust Rsist P st 1 sm urm Rrirm Prm srt urt Rrirt Prt srm
st Lsist Lmirt rm Lrirm Lmism rt Lrirt Lmist
转矩方程
Te np Lm (istirm ismirt )
3 0
1 2 3
2
1 2 3 2
C2 3
1
2
1
3 2
1
2
0
3
2
3
2
坐标变换
β
q
N2iβ
N2iq
F ωd1
N2id φ α
0
N2iα
id i cos i sin iq i sin i cos
(S)
-
Ki
is is
1
i TL
KA
Usd(S) 1/ Z
id(S)
消去大惯性环节
Tois 1
TLs 1
K I Toi
校正后的电流环等效 传递函数
1 2 Ki
Z
Toi
2K AToi
id id*
s s
1
2Tois 1
1 2
d轴（m轴）与转 子磁链矢量重合
坐标变换变换的是 矢量
t is
ist
ism
ψr m ω1
0 θ
ωr
α(A)
按转子磁链定向的矢量控制系统
m-t（磁链-转矩）（d-q）坐标下的三相异步电机数学模型
电压方程
磁链方程
usm Rsism P sm 1 st
sm Lsism Lmirm
按转子磁链定向的矢量控制系统
ωr*
-
ωr
AS
T*e ÷
ist*
R
isα*
iA*
UR-1
2/3
iB*
r*
-
ism* AψR
isβ*
iC*
id(S)
r
电流跟随PWM控制
iA iB iC
Ud
M
转子磁链 计算
ωr TG
按转子磁链定向的矢量控制系统
转子磁链给定值的选择 1）额定转速以下 2）额定转速以上 两种控制方式对比
LCA LaA
LCB LaB
LCC LaC
LCa Laa
LCb Lab
LCc Lac
iiCa
Lr Lrl Lm
b
LbA
LbB
LbC
c LcA LcB LcC
Lba Lca
Lbb Lcb
Lbc
ib
3
N3ic
cos
3
N3 (iA
1 2 iB
1 2 iC )
N2iβ
ω1
F
N2i N3iB sin 3 N3ic cos 3
3 2
N3 (iB
iC
)
π/3
α
0
π/3
N3iA N2iα
A 变换前后总功率不变
N3ic C
N3 2 N2 3
C3 2
2 1
坐标变换
q
A
ia F
不同坐标系中电动机模型
d 等效的原则是：不同坐标
if
直流电机物理模型
系下绕组所产生的合成磁 动势相等
B
iB
ic
0
C
ω1 F
α
A
ia
β ω1
ω1 q
β iβ
F
α
α
q iq
F
d
d
iα
id
三相异步电机在不同坐标系下的物理模型
坐标变换
B N3iB
β
N2i
N3iA
N3iB
cos
3Ti 5T n
谢谢观赏
按转子磁链定向的矢量控制系统
转子磁链的计算
是否根据转子磁链的实际值进行控制 1）直接定向 2）间接定向