以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件

以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件图图6-2 矢量变换控制过程框图矢量变换控制过程框图图6-2 矢量变换控制过程框图以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件转子三相转子三相/两相的相互变换与定子变换相同。两相的相互变换与定子变换相同。转子三相/两相的相互变换与定子变换相同。电压和磁链旋转变换与电流变换同电压和磁链旋转变换与电流变换同电压和磁链旋转变换与电流变换同或或则则或则以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件2、磁链方程、磁链方程式中式中2、磁链方程式中而而；而；以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件 以转子磁链表达的电机数学模型：以转子磁链表达的电机数学模型：以转子磁链表达的电机数学模型：以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件异步电动机的动态结构框图异步电动机的动态结构框图 异步电动机的动态结构框图 第四节第四节 异步电动机转子磁链观测器异步电动机转子磁链观测器一、转子磁链的直接检测一、转子磁链的直接检测 直直接接检检测测磁磁通通的的方方法法有有二二种种：一一种种是是在在电电动动机机槽槽内内埋埋设设探探测测线线圈圈；另另一一种种是是利利用用贴贴在在定定子子内内表表面面的的霍霍尔尔片片或或其其它电磁元件来检测磁通。它电磁元件来检测磁通。第四节 异步电动机转子磁链观测器一、转子磁链的直接检测以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件图图图图6-13 6-13 异步电动机的电压模型异步电动机的电压模型异步电动机的电压模型异步电动机的电压模型 4 4、组合模型法、组合模型法、组合模型法、组合模型法 高速时用低通滤波器将电流模型滤掉，电压模型起作用；高速时用低通滤波器将电流模型滤掉，电压模型起作用；高速时用低通滤波器将电流模型滤掉，电压模型起作用；高速时用低通滤波器将电流模型滤掉，电压模型起作用；在低速时用高通滤波器将电压模型滤掉，电流模型起作用。在低速时用高通滤波器将电压模型滤掉，电流模型起作用。在低速时用高通滤波器将电压模型滤掉，电流模型起作用。在低速时用高通滤波器将电压模型滤掉，电流模型起作用。图6-13 异步电动机的电压模型 4、组合模型法 组合式模型为：组合式模型为：组合式模型为：组合式模型为：（二）闭环磁链观测模型（二）闭环磁链观测模型（二）闭环磁链观测模型（二）闭环磁链观测模型 常用有三种：常用有三种：常用有三种：常用有三种：（1 1）基于误差反馈的转子磁链观测；）基于误差反馈的转子磁链观测；）基于误差反馈的转子磁链观测；）基于误差反馈的转子磁链观测；（2 2）基于龙贝格状态观测理论的异步电机全阶状态观测器；）基于龙贝格状态观测理论的异步电机全阶状态观测器；）基于龙贝格状态观测理论的异步电机全阶状态观测器；）基于龙贝格状态观测理论的异步电机全阶状态观测器；（3 3）基于模型参考自适应理论的转子磁链观测器。）基于模型参考自适应理论的转子磁链观测器。）基于模型参考自适应理论的转子磁链观测器。）基于模型参考自适应理论的转子磁链观测器。组合式模型为：（二）闭环磁链观测模型综上所述，直接检测因工艺和技术问题难以实现，工程上较综上所述，直接检测因工艺和技术问题难以实现，工程上较综上所述，直接检测因工艺和技术问题难以实现，工程上较综上所述，直接检测因工艺和技术问题难以实现，工程上较多采用间接检测法；闭环检测性能较好，但结构复杂；而开多采用间接检测法；闭环检测性能较好，但结构复杂；而开多采用间接检测法；闭环检测性能较好，但结构复杂；而开多采用间接检测法；闭环检测性能较好，但结构复杂；而开环检测结构简单，适当改进有较高的实用性。受变周期、谐环检测结构简单，适当改进有较高的实用性。受变周期、谐环检测结构简单，适当改进有较高的实用性。受变周期、谐环检测结构简单，适当改进有较高的实用性。受变周期、谐波及离散滞后的影响，按模拟系统电压模型法计算，则误差波及离散滞后的影响，按模拟系统电压模型法计算，则误差波及离散滞后的影响，按模拟系统电压模型法计算，则误差波及离散滞后的影响，按模拟系统电压模型法计算，则误差大，影响系统工作。新电压模型可以解决这个问题。大，影响系统工作。新电压模型可以解决这个问题。大，影响系统工作。新电压模型可以解决这个问题。大，影响系统工作。新电压模型可以解决这个问题。（三）新电压模型（三）新电压模型（三）新电压模型（三）新电压模型 按转子磁链定向且稳态后的定子电压方程为：按转子磁链定向且稳态后的定子电压方程为：按转子磁链定向且稳态后的定子电压方程为：按转子磁链定向且稳态后的定子电压方程为：综上所述，直接检测因工艺和技术问题难以实现，工程上较（三）新 由此构作的新电压模型为由此构作的新电压模型为由此构作的新电压模型为由此构作的新电压模型为 由此构作的新电压模型为图图图图6-15 6-15 异步电动机的新电压模型异步电动机的新电压模型异步电动机的新电压模型异步电动机的新电压模型图6-15 异步电动机的新电压模型以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件（四）混合式磁链模型（四）混合式磁链模型（四）混合式磁链模型（四）混合式磁链模型由由由由新新新新电电电电压压压压模模模模型型型型和和和和电电电电流流流流模模模模型型型型组组组组成成成成，一一一一套套套套滤滤滤滤波波波波器器器器切切切切换换换换电电电电路路路路即即即即可可可可进进进进行行行行两模型的切换。模型如图两模型的切换。模型如图两模型的切换。模型如图两模型的切换。模型如图6-176-17所示。所示。所示。所示。图图图图6-17 6-17 混合式磁链模型混合式磁链模型混合式磁链模型混合式磁链模型（四）混合式磁链模型由新电压模型和电流模型组成，一套滤波器切 工作方式是：工作方式是：工作方式是：工作方式是：当低速时（小于当低速时（小于当低速时（小于当低速时（小于10%10%额定转速），由电流模型计算转子磁额定转速），由电流模型计算转子磁额定转速），由电流模型计算转子磁额定转速），由电流模型计算转子磁链，通过低通滤波器输出；当转速较高时（大于链，通过低通滤波器输出；当转速较高时（大于链，通过低通滤波器输出；当转速较高时（大于链，通过低通滤波器输出；当转速较高时（大于10%10%额定转额定转额定转额定转速），用新电压模型计算，通过高通滤波器输出。然后再把速），用新电压模型计算，通过高通滤波器输出。然后再把速），用新电压模型计算，通过高通滤波器输出。然后再把速），用新电压模型计算，通过高通滤波器输出。然后再把它们相加起来。它们相加起来。它们相加起来。它们相加起来。工作方式是：第五节第五节 异步电动机的无速度传感器技术异步电动机的无速度传感器技术 常用的速度检测法有：测速发电机测速、光电测速等常用的速度检测法有：测速发电机测速、光电测速等常用的速度检测法有：测速发电机测速、光电测速等常用的速度检测法有：测速发电机测速、光电测速等。对笼形对笼形对笼形对笼形感应电机而言，速度传感器的安装将破坏电机本身坚固、简单感应电机而言，速度传感器的安装将破坏电机本身坚固、简单感应电机而言，速度传感器的安装将破坏电机本身坚固、简单感应电机而言，速度传感器的安装将破坏电机本身坚固、简单、低成本的优点。、低成本的优点。、低成本的优点。、低成本的优点。一、速度估计方法一、速度估计方法一、速度估计方法一、速度估计方法 较为典型的方法有：较为典型的方法有：较为典型的方法有：较为典型的方法有：1 1、根根根根据据据据电电电电机机机机的的的的电电电电压压压压、电电电电流流流流、等等等等效效效效电电电电路路路路参参参参数数数数估估估估算算算算电电电电机机机机的的的的转转转转速速速速或转差。或转差。或转差。或转差。2 2、采用模型参考自适应方法（、采用模型参考自适应方法（、采用模型参考自适应方法（、采用模型参考自适应方法（MRASMRAS）估算电机的转速。）估算电机的转速。）估算电机的转速。）估算电机的转速。3 3、基于、基于、基于、基于PIPI控制器法。控制器法。控制器法。控制器法。4 4、采用扩展的卡尔曼滤波器（、采用扩展的卡尔曼滤波器（、采用扩展的卡尔曼滤波器（、采用扩展的卡尔曼滤波器（EKFEKF）估算电机转速。）估算电机转速。）估算电机转速。）估算电机转速。5 5、基于人工神经网络的转速估算。、基于人工神经网络的转速估算。、基于人工神经网络的转速估算。、基于人工神经网络的转速估算。第五节 异步电动机的无速度传感器技术 常用的速度检测法有：测二、基于转矩电流误差推算速度的方法二、基于转矩电流误差推算速度的方法二、基于转矩电流误差推算速度的方法二、基于转矩电流误差推算速度的方法转子磁场定向时异步转子磁场定向时异步转子磁场定向时异步转子磁场定向时异步电机的电磁转矩为：电机的电磁转矩为：电机的电磁转矩为：电机的电磁转矩为：由由由由：得得得得：由此可构造电机速度推算机构为由此可构造电机速度推算机构为由此可构造电机速度推算机构为由此可构造电机速度推算机构为：二、基于转矩电流误差推算速度的方法转子磁场定向时异步由：得：推算速度的物理概念是推算速度的物理概念是推算速度的物理概念是推算速度的物理概念是：估计速度与实际速度间的误差，一估计速度与实际速度间的误差，一估计速度与实际速度间的误差，一估计速度与实际速度间的误差，一定会引起指令转矩与实际转矩定会引起指令转矩与实际转矩定会引起指令转矩与实际转矩定会引起指令转矩与实际转矩(或转矩电流分量或转矩电流分量或转矩电流分量或转矩电流分量)间的误差，间的误差，间的误差，间的误差，用其误差去估计速度，实现转矩的无差控制。用其误差去估计速度，实现转矩的无差控制。用其误差去估计速度，实现转矩的无差控制。用其误差去估计速度，实现转矩的无差控制。第六节第六节第六节第六节 矢量控制的变频调速系统矢量控制的变频调速系统矢量控制的变频调速系统矢量控制的变频调速系统 如如如如图图图图6-186-18双双双双线线线线框框框框内内内内的的的的结结结结构构构构图图图图。A A、B B、C C三三三三相相相相输输输输入入入入，转转转转速速速速 r r输输输输出出出出，是是是是一一一一台台台台异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机。从从从从内内内内部部部部看看看看，经经经经过过过过三三三三相相相相/二二二二相相相相变变变变换换换换和和和和同同同同步步步步旋旋旋旋转转转转变变变变换换换换，异异异异步步步步电电电电机机机机变变变变成成成成一一一一台台台台由由由由i iM1M1 -i iT1T1输输输输入入入入，r r 输输输输出出出出的的的的直直直直流电机。流电机。流电机。流电机。矢量控制的构想：矢量控制的构想：矢量控制的构想：矢量控制的构想：异步机经坐标变换等效成直流电机，模仿异步机经坐标变换等效成直流电机，模仿异步机经坐标变换等效成直流电机，模仿异步机经坐标变换等效成直流电机，模仿直流机的控制方法，求得直流控制量，再经相应的坐标反变直流机的控制方法，求得直流控制量，再经相应的坐标反变直流机的控制方法，求得直流控制量，再经相应的坐标反变直流机的控制方法，求得直流控制量，再经相应的坐标反变换，就能够控制异步机。换，就能够控制异步机。换，就能够控制异步机。换，就能够控制异步机。推算速度的物理概念是：估计速度与实际速度间的误差，一第六节 控制器后引入的反旋转变换与电机内部的旋转变换环节控制器后引入的反旋转变换与电机内部的旋转变换环节控制器后引入的反旋转变换与电机内部的旋转变换环节控制器后引入的反旋转变换与电机内部的旋转变换环节VRVR抵抵抵抵消，消，消，消，2S/3S2S/3S与电机内部的与电机内部的与电机内部的与电机内部的3S/2S3S/2S抵消，若再忽略变频器中可能产生抵消，若再忽略变频器中可能产生抵消，若再忽略变频器中可能产生抵消，若再忽略变频器中可能产生的滞后，则图的滞后，则图的滞后，则图的滞后，则图6-186-18中虚线框内的部分可以删去，剩下的部分和中虚线框内的部分可以删去，剩下的部分和中虚线框内的部分可以删去，剩下的部分和中虚线框内的部分可以删去，剩下的部分和直流调速系统非常相似。可想像，矢量控制交流变频调速系统直流调速系统非常相似。可想像，矢量控制交流变频调速系统直流调速系统非常相似。可想像，矢量控制交流变频调速系统直流调速系统非常相似。可想像，矢量控制交流变频调速系统的静、动态性能应完全能够与直流调速系统相媲美。的静、动态性能应完全能够与直流调速系统相媲美。的静、动态性能应完全能够与直流调速系统相媲美。的静、动态性能应完全能够与直流调速系统相媲美。图图图图6-18 6-18 矢量变换控制系统的构想矢量变换控制系统的构想矢量变换控制系统的构想矢量变换控制系统的构想 控制器后引入的反旋转变换与电机内部的旋转变换环节VR抵图6一、直接磁场定向矢量控制变频调速系统一、直接磁场定向矢量控制变频调速系统一、直接磁场定向矢量控制变频调速系统一、直接磁场定向矢量控制变频调速系统 下下下下图图图图中中中中带带带带“*”“*”号号号号的的的的是是是是给给给给定定定定信信信信号号号号，不不不不带带带带“*”“*”号号号号的的的的是是是是实实实实测测测测信信信信号。号。号。号。主电路采用电流跟踪型主电路采用电流跟踪型主电路采用电流跟踪型主电路采用电流跟踪型PWMPWM变换器。控制部分有转速、转变换器。控制部分有转速、转变换器。控制部分有转速、转变换器。控制部分有转速、转矩和磁链三个闭环。磁通给定信号由函数发生环节获得，转矩和磁链三个闭环。磁通给定信号由函数发生环节获得，转矩和磁链三个闭环。磁通给定信号由函数发生环节获得，转矩和磁链三个闭环。磁通给定信号由函数发生环节获得，转矩给定信号受磁通信号的控制。矩给定信号受磁通信号的控制。矩给定信号受磁通信号的控制。矩给定信号受磁通信号的控制。图图图图6-19 6-19 直接磁场定向矢量控制变频调速系统直接磁场定向矢量控制变频调速系统直接磁场定向矢量控制变频调速系统直接磁场定向矢量控制变频调速系统ATRATR转矩调节器转矩调节器转矩调节器转矩调节器 AR AR磁链调节器磁链调节器磁链调节器磁链调节器 BRT BRT转速传感器转速传感器转速传感器转速传感器一、直接磁场定向矢量控制变频调速系统 下图中带“*”号的是二、间接磁场定向矢量控制变频调速系统二、间接磁场定向矢量控制变频调速系统二、间接磁场定向矢量控制变频调速系统二、间接磁场定向矢量控制变频调速系统 下图中未实际检测转子磁链，磁链开环，由给定信号及矢下图中未实际检测转子磁链，磁链开环，由给定信号及矢下图中未实际检测转子磁链，磁链开环，由给定信号及矢下图中未实际检测转子磁链，磁链开环，由给定信号及矢量变换方程确保磁场定向，属间接磁场定向，结构相对简量变换方程确保磁场定向，属间接磁场定向，结构相对简量变换方程确保磁场定向，属间接磁场定向，结构相对简量变换方程确保磁场定向，属间接磁场定向，结构相对简单。但在动态时，实际的定子电流幅值及相位与给定值之单。但在动态时，实际的定子电流幅值及相位与给定值之单。但在动态时，实际的定子电流幅值及相位与给定值之单。但在动态时，实际的定子电流幅值及相位与给定值之间会存在偏差，影响系统的动态性能。可采用参数辨识、间会存在偏差，影响系统的动态性能。可采用参数辨识、间会存在偏差，影响系统的动态性能。可采用参数辨识、间会存在偏差，影响系统的动态性能。可采用参数辨识、自适应等智能控制方法解决。自适应等智能控制方法解决。自适应等智能控制方法解决。自适应等智能控制方法解决。图图图图6-20 6-20 暂态转差补偿矢量控制变频调速系统暂态转差补偿矢量控制变频调速系统暂态转差补偿矢量控制变频调速系统暂态转差补偿矢量控制变频调速系统二、间接磁场定向矢量控制变频调速系统 下图中未实际检测转子磁三、无速度传感器的矢量控制变频调速系统三、无速度传感器的矢量控制变频调速系统三、无速度传感器的矢量控制变频调速系统三、无速度传感器的矢量控制变频调速系统 无速度传感器调速系统就是：在电机定子侧装设电压传感器无速度传感器调速系统就是：在电机定子侧装设电压传感器无速度传感器调速系统就是：在电机定子侧装设电压传感器无速度传感器调速系统就是：在电机定子侧装设电压传感器和电流传感器，检测出三相电压、三相电流，通过间接计算法和电流传感器，检测出三相电压、三相电流，通过间接计算法和电流传感器，检测出三相电压、三相电流，通过间接计算法和电流传感器，检测出三相电压、三相电流，通过间接计算法求出电机运行的实际转速值作为转速反馈信号。求出电机运行的实际转速值作为转速反馈信号。求出电机运行的实际转速值作为转速反馈信号。求出电机运行的实际转速值作为转速反馈信号。三、无速度传感器的矢量控制变频调速系统 无速度传感器调速系统 目前主要方案有基于目前主要方案有基于目前主要方案有基于目前主要方案有基于:（1 1）转子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。）转子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。）转子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。）转子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。（2 2）定子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。）定子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。）定子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。）定子磁通定向的无速度传感器矢量控制调速系统。（3 3）定定定定子子子子电电电电压压压压矢矢矢矢量量量量定定定定向向向向的的的的无无无无速速速速度度度度传传传传感感感感器器器器矢矢矢矢量量量量控控控控制制制制调调调调速速速速系系系系统。统。统。统。（4 4）直接转矩控制的无速度传感器变频调速系统。）直接转矩控制的无速度传感器变频调速系统。）直接转矩控制的无速度传感器变频调速系统。）直接转矩控制的无速度传感器变频调速系统。（5 5）采采采采用用用用模模模模型型型型参参参参考考考考自自自自适适适适应应应应控控控控制制制制(MRAS)(MRAS)的的的的无无无无速速速速度度度度传传传传感感感感器器器器调调调调速系统。速系统。速系统。速系统。（6 6）利利利利用用用用扩扩扩扩展展展展的的的的卡卡卡卡尔尔尔尔曼曼曼曼滤滤滤滤波波波波器器器器进进进进行行行行速速速速度度度度辨辨辨辨识识识识的的的的无无无无速速速速度度度度传传传传感器调速系统。感器调速系统。感器调速系统。感器调速系统。目前主要方案有基于:一种基本的转速推算器原理一种基本的转速推算器原理一种基本的转速推算器原理一种基本的转速推算器原理磁链的幅值及相位角为磁链的幅值及相位角为磁链的幅值及相位角为磁链的幅值及相位角为：同步角频率：同步角频率：同步角频率：同步角频率：定子两相静止轴系中磁链为定子两相静止轴系中磁链为：一种基本的转速推算器原理磁链的幅值及相位角为：同步角频率：转差角频率为：转差角频率为：转差角频率为：转差角频率为：由此可得转速推算器的基本结构，如图由此可得转速推算器的基本结构，如图由此可得转速推算器的基本结构，如图由此可得转速推算器的基本结构，如图6-216-21所示：所示：所示：所示：图图图图6-21 6-21 转速推算器结构图转速推算器结构图转速推算器结构图转速推算器结构图 无速度传感器转差型矢量控制变频调速系统如图无速度传感器转差型矢量控制变频调速系统如图无速度传感器转差型矢量控制变频调速系统如图无速度传感器转差型矢量控制变频调速系统如图6-226-22所示：所示：所示：所示：转差角频率为：由此可得转速推算器的基本结构，如图6-21所示图图图图6-22 6-22 无速度传感器转差型矢量控制系统无速度传感器转差型矢量控制系统无速度传感器转差型矢量控制系统无速度传感器转差型矢量控制系统图6-22 无速度传感器转差型矢量控制系统第七节第七节第七节第七节 大功率异步电动机的交大功率异步电动机的交大功率异步电动机的交大功率异步电动机的交-交变频调速技术交变频调速技术交变频调速技术交变频调速技术一、异步电动机的定子电流控制一、异步电动机的定子电流控制一、异步电动机的定子电流控制一、异步电动机的定子电流控制 异步电机控制策略的实现最终是通过变频器落实到对电机定异步电机控制策略的实现最终是通过变频器落实到对电机定异步电机控制策略的实现最终是通过变频器落实到对电机定异步电机控制策略的实现最终是通过变频器落实到对电机定子电流的控制上。原因是：经磁场定向解耦后的电磁转矩和子电流的控制上。原因是：经磁场定向解耦后的电磁转矩和子电流的控制上。原因是：经磁场定向解耦后的电磁转矩和子电流的控制上。原因是：经磁场定向解耦后的电磁转矩和磁链直接受控于定子电流的转矩分量和励磁分量，通过控制磁链直接受控于定子电流的转矩分量和励磁分量，通过控制磁链直接受控于定子电流的转矩分量和励磁分量，通过控制磁链直接受控于定子电流的转矩分量和励磁分量，通过控制定子电流就能有效地控制转矩和磁链。在交定子电流就能有效地控制转矩和磁链。在交定子电流就能有效地控制转矩和磁链。在交定子电流就能有效地控制转矩和磁链。在交-交变频矢量控制交变频矢量控制交变频矢量控制交变频矢量控制系统中，交直流电流调节分离的系统中，交直流电流调节分离的系统中，交直流电流调节分离的系统中，交直流电流调节分离的“控制法控制法控制法控制法”是常用的定子电流是常用的定子电流是常用的定子电流是常用的定子电流控制方法。该线路有下列特点：控制方法。该线路有下列特点：控制方法。该线路有下列特点：控制方法。该线路有下列特点：1 1、采用了电压前馈补偿环节、采用了电压前馈补偿环节、采用了电压前馈补偿环节、采用了电压前馈补偿环节 交交交交-交变频器输出电流随时间正弦变化，输出总比给定滞后交变频器输出电流随时间正弦变化，输出总比给定滞后交变频器输出电流随时间正弦变化，输出总比给定滞后交变频器输出电流随时间正弦变化，输出总比给定滞后一段时间。为此，在电流环中加入电压前馈补偿环节，使电一段时间。为此，在电流环中加入电压前馈补偿环节，使电一段时间。为此，在电流环中加入电压前馈补偿环节，使电一段时间。为此，在电流环中加入电压前馈补偿环节，使电流调节器不再担任产生输出电压的任务，仅起校正误差作用流调节器不再担任产生输出电压的任务，仅起校正误差作用流调节器不再担任产生输出电压的任务，仅起校正误差作用流调节器不再担任产生输出电压的任务，仅起校正误差作用。第七节 大功率异步电动机的交-交变频调速技术一、异步电动图图图图6-23 6-23 三相电流调节线路结构图三相电流调节线路结构图三相电流调节线路结构图三相电流调节线路结构图1-3AAR1-3AAR交流电流调节器交流电流调节器交流电流调节器交流电流调节器 1-2ADR 1-2ADR直流电流调节器直流电流调节器直流电流调节器直流电流调节器 1-3AUR1-3AUR电压调节器电压调节器电压调节器电压调节器 1-3AT 1-3AT触发装置触发装置触发装置触发装置 图6-23 三相电流调节线路结构图 3 3、采用交流电流调节环节、采用交流电流调节环节、采用交流电流调节环节、采用交流电流调节环节 三三三三个个个个P P调调调调节节节节器器器器13AAR13AAR称称称称为为为为“交交交交流流流流电电电电流流流流调调调调节节节节器器器器”。其其其其给给给给定定定定信信信信号号号号是是是是从转矩分量及励磁分量经坐标变换获得的。总的电流调节还从转矩分量及励磁分量经坐标变换获得的。总的电流调节还从转矩分量及励磁分量经坐标变换获得的。总的电流调节还从转矩分量及励磁分量经坐标变换获得的。总的电流调节还是是是是PIPI调节，比例部分主要针对动态，积分部分针对静态。调节，比例部分主要针对动态，积分部分针对静态。调节，比例部分主要针对动态，积分部分针对静态。调节，比例部分主要针对动态，积分部分针对静态。3、采用交流电流调节环节图图图图6-24 6-24 典型三相交典型三相交典型三相交典型三相交-交变频电流控制系统交变频电流控制系统交变频电流控制系统交变频电流控制系统 生产实用的三相交生产实用的三相交生产实用的三相交生产实用的三相交-交变频电流控制系统交变频电流控制系统交变频电流控制系统交变频电流控制系统图6-24 典型三相交-交变频电流控制系统 生产实用的二、异步电动机交二、异步电动机交二、异步电动机交二、异步电动机交-交变频调速系统的基本结构交变频调速系统的基本结构交变频调速系统的基本结构交变频调速系统的基本结构图图图图6-25 6-25 异步电动机矢量控制系统框图异步电动机矢量控制系统框图异步电动机矢量控制系统框图异步电动机矢量控制系统框图 以定子电流控制环为内环，以转子磁链及转速环（并行关以定子电流控制环为内环，以转子磁链及转速环（并行关以定子电流控制环为内环，以转子磁链及转速环（并行关以定子电流控制环为内环，以转子磁链及转速环（并行关系）为外环的双闭环控制系统，定子电流采用系）为外环的双闭环控制系统，定子电流采用系）为外环的双闭环控制系统，定子电流采用系）为外环的双闭环控制系统，定子电流采用“电流电流电流电流PIPIPIPI控制控制控制控制法法法法”、磁链和转速采用磁通观测器和无速度传感器技术、磁链和转速采用磁通观测器和无速度传感器技术、磁链和转速采用磁通观测器和无速度传感器技术、磁链和转速采用磁通观测器和无速度传感器技术。二、异步电动机交-交变频调速系统的基本结构图6-25 （二）转子磁链控制系统（二）转子磁链控制系统（二）转子磁链控制系统（二）转子磁链控制系统 采采采采用用用用了了了了“PI“PI控控控控制制制制法法法法”的的的的定定定定子子子子电电电电流流流流（变变变变频频频频器器器器电电电电流流流流）控控控控制制制制系系系系统统统统，它它它它由交流电流调节、直流电流调节、定子电压给定、计算电路由交流电流调节、直流电流调节、定子电压给定、计算电路由交流电流调节、直流电流调节、定子电压给定、计算电路由交流电流调节、直流电流调节、定子电压给定、计算电路、矢量控制所需的坐标变换等环节组成。其原理结构框图如、矢量控制所需的坐标变换等环节组成。其原理结构框图如、矢量控制所需的坐标变换等环节组成。其原理结构框图如、矢量控制所需的坐标变换等环节组成。其原理结构框图如图图图图6-256-25虚线框所示。虚线框所示。虚线框所示。虚线框所示。（一）定子电流控制系统（一）定子电流控制系统（一）定子电流控制系统（一）定子电流控制系统 1 1 1 1、磁链给定环节、磁链给定环节、磁链给定环节、磁链给定环节（二）转子磁链控制系统 采用了“PI控制法”的定子电流（变频2 2、磁链调节环节、磁链调节环节、磁链调节环节、磁链调节环节 如图如图如图如图6-266-26所示所示所示所示:图图图图6-26 6-26 磁链调节环节磁链调节环节磁链调节环节磁链调节环节2、磁链调节环节图6-26 磁链调节环节（三）速度闭环控制系统（三）速度闭环控制系统（三）速度闭环控制系统（三）速度闭环控制系统（三）速度闭环控制系统三、基于三、基于三、基于三、基于“工程设计方法工程设计方法工程设计方法工程设计方法”的调节器设计的调节器设计的调节器设计的调节器设计图图图图6-27 6-27 异步电动机交异步电动机交异步电动机交异步电动机交-交变频调速系统结构图交变频调速系统结构图交变频调速系统结构图交变频调速系统结构图带电流、磁链及转速闭环的异步电机矢量控制调速系统结构带电流、磁链及转速闭环的异步电机矢量控制调速系统结构带电流、磁链及转速闭环的异步电机矢量控制调速系统结构带电流、磁链及转速闭环的异步电机矢量控制调速系统结构三、基于“工程设计方法”的调节器设计图6-27 异步电交流电机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，当采用交流电机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，当采用交流电机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，当采用交流电机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，当采用矢量控制后，整个调速系统被解耦成电流、磁链和转速三个独矢量控制后，整个调速系统被解耦成电流、磁链和转速三个独矢量控制后，整个调速系统被解耦成电流、磁链和转速三个独矢量控制后，整个调速系统被解耦成电流、磁链和转速三个独立立立立的的的的单单单单变变变变量量量量线线线线性性性性系系系系统统统统，因因因因此此此此也也也也可可可可用用用用单单单单变变变变量量量量线线线线性性性性系系系系统统统统常常常常用用用用的的的的“工工工工程程程程设计方法设计方法设计方法设计方法”来设计。来设计。来设计。来设计。交流电机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，当采用（一）电流环的设计（一）电流环的设计（一）电流环的设计（一）电流环的设计1 1、交流电流调节器设计、交流电流调节器设计、交流电流调节器设计、交流电流调节器设计 其调节对象为电压前馈环节、交其调节对象为电压前馈环节、交其调节对象为电压前馈环节、交其调节对象为电压前馈环节、交-交变频器及异步电动交变频器及异步电动交变频器及异步电动交变频器及异步电动机，电压前馈是系数为机，电压前馈是系数为机，电压前馈是系数为机，电压前馈是系数为1 1的加法器，如图的加法器，如图的加法器，如图的加法器，如图6-286-28所示。所示。所示。所示。图图图图6-28 6-28 电流控制系统结构关系图电流控制系统结构关系图电流控制系统结构关系图电流控制系统结构关系图（一）电流环的设计1、交流电流调节器设计图6-28 电以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件以转子磁链表达的电机数学模型-Read课件图图图图6-29 6-29 交流电流调节环框图交流电流调节环框图交流电流调节环框图交流电流调节环框图图6-29 交流电流调节环框图 按典按典按典按典I I 设计，可选设计，可选设计，可选设计，可选P P调节器，其比例系数为：调节器，其比例系数为：调节器，其比例系数为：调节器，其比例系数为：交流电流环等效传递函数为：交流电流环等效传递函数为：交流电流环等效传递函数为：交流电流环等效传递函数为：按典I 设计，可选P调节器，其比例系数为：交流电流 2 2、直流电流调节器设计：、直流电流调节器设计：、直流电流调节器设计：、直流电流调节器设计：由上式得，在不同坐标系下：由上式得，在不同坐标系下：图图图图6-30 6-30 直流电直流电直流电直流电流调节环框图流调节环框图流调节环框图流调节环框图 2、直流电流调节器设计：由上式得，在不同坐标系下：设计成典设计成典设计成典设计成典I I系统，采用积分调节器，积分时间常数为：系统，采用积分调节器，积分时间常数为：系统，采用积分调节器，积分时间常数为：系统，采用积分调节器，积分时间常数为：闭环传递函数为：闭环传递函数为：闭环传递函数为：闭环传递函数为：其中：其中：其中：其中：设计成典I系统，采用积分调节器，积分时间常数为：闭环传定子电流环（交流调节环加直流调节环）可近似地用两个定子电流环（交流调节环加直流调节环）可近似地用两个定子电流环（交流调节环加直流调节环）可近似地用两个定子电流环（交流调节环加直流调节环）可近似地用两个独立的、无耦合的惯性环节来等效：独立的、无耦合的惯性环节来等效：独立的、无耦合的惯性环节来等效：独立的、无耦合的惯性环节来等效：（二）磁链环的设计（二）磁链环的设计（二）磁链环的设计（二）磁链环的设计定子电流环（交流调节环加直流调节环）可近似地用两个（二）磁链图图图图6-31 6-31 异步电动机磁链调节环框图异步电动机磁链调节环框图异步电动机磁链调节环框图异步电动机磁链调节环框图（三）速度环的设计（三）速度环的设计（三）速度环的设计（三）速度环的设计 结构框图如图结构框图如图结构框图如图结构框图如图6-326-32所示。所示。所示。所示。图6-31 异步电动机磁链调节环框图（三）速度环的设计图图图图6-32 6-32 6-32 6-32 异步电动机速度调节环框图异步电动机速度调节环框图异步电动机速度调节环框图异步电动机速度调节环框图图6-32 异步电动机速度调节环框图图图图图6-33 6-33 解耦后的速度环动态结构图解耦后的速度环动态结构图解耦后的速度环动态结构图解耦后的速度环动态结构图图6-33 解耦后的速度环动态结构图