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经济高效的矢量控制驱动(上)

作者:Pavel Sustek:飞思卡尔电机控制团队应用工程师时间:2009-04-14来源:电子产品世界收藏

  三相

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/93432.htm

  ACIM是旨在从三相交流电源中运行的旋转电机。每个定子的内部外设中的插槽都包含一个三相绕组。每个绕组中的顺序都进行分配,这样定子绕组中的电流就在气隙的外设周围产生一个近似正弦曲线分布的磁通密度。当时间呈正弦曲线分布、但又以120度交错放置在相位中的三个电流流经三个对称放置的绕组时,就会产生放射状气隙绕组磁通密度,它们也呈正弦曲线分布在气隙周围,以相当于定子电流角频率的角速度旋转。

  最常见的感应电机类型有一个鼠笼转子,其中,铝导线或铝条铸入转子外设的插槽中。转子的两端均使用铸铝端环形成铝导线或铝条短路,铸铝端环也可用作风机。因为正弦曲线分布磁通密度波由定子励磁电流掠过转子导线产生,所以在导线中产生电压,最终产生短路转子条中的正弦曲线分布电流。因为这些短路铝条具有低电阻,所以只要求磁通波的角速度和两极转子的机械角速度之间的相对较小的角速度来生成必要的转子电流。相对角速度叫作滑流速度。正弦曲线分布的气隙磁通密度和感应转子电流间的交互生成转子上的扭矩。

  AC感应电机的矢量控制

  为了实现三相AC感应电机中的可变速度运行,必须为电机提供可变电压和可变频率。现代三相可变速度驱动(VSD)都配有数字控制的开关逆变器,可以极大地降低系统总功耗。使用可变速度驱动可以节省最多60%的电力,资源利用率可以提高三到四倍,能够实现以前不可能实现的功能。可变速度驱动的功率范围在电冰箱压缩机中为0.2~0.4kW,在洗衣机中为0.8~1kW,在住宅和公共服务的电气驱动中(例如多层住宅的冷水和热水泵、中继线中的冷水管道等)为3~100kW。

  控制算法可以分为两大类。第一类是标量控制,恒定电压/频率控制是非常流行的控制方法。另一类是矢量或磁场定向控制(FOC),矢量控制方法能够提供比标量控制更高的驱动性能。FOC的优势包括更高效率、完全扭矩控制、磁通和扭矩控制分离、动力学改进等。

  FOC算法的基本理念是将定子电流分解为生成磁通的部分和生成扭矩的部分。两个部分可以在分解后分别控制。这样,电机控制器的结构就与分别激振的DC电机的结构一样简单。图2显示了AC感应电机的矢量控制的基本结构。

  要执行矢量控制,必须采取以下这些步骤:

  • 测量电机参量(相位电压和电流);
  • 使用Clarke转换,把它们转换成二相系统(α,β);
  • 计算转子磁通空间矢量幅值和位置角度;
  • 使用Park转换,把定子电流转换成d-q参考帧;
  • 分别控制生成定子电流扭矩(isq)的部分和生成磁通(isd)的部分;
  • 使用去耦模块计算输出定子电压空间矢量;
  • 使用Park逆转换,转换定子电压空间矢量,把d-q参考帧转换回用定子固定的二相系统;
  • 使用空间矢量调制(SVM),生成输出三相电压。


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