經濟高效的矢量控制驅動(上)

　　三相交流感應電機

　　ACIM是旨在從三相交流電源中運行的旋轉電機。每個定子的內部外設中的插槽都包含一個三相繞組。每個繞組中的順序都進行分配，這樣定子繞組中的電流就在氣隙的外設周圍產生一個近似正弦曲線分布的磁通密度。當時間呈正弦曲線分布、但又以120度交錯放置在相位中的三個電流流經三個對稱放置的繞組時，就會產生放射狀氣隙繞組磁通密度，它們也呈正弦曲線分布在氣隙周圍，以相當于定子電流角頻率的角速度旋轉。

　　最常見的感應電機類型有一個鼠籠轉子，其中，鋁導線或鋁條鑄入轉子外設的插槽中。轉子的兩端均使用鑄鋁端環(huán)形成鋁導線或鋁條短路，鑄鋁端環(huán)也可用作風機。因為正弦曲線分布磁通密度波由定子勵磁電流掠過轉子導線產生，所以在導線中產生電壓，最終產生短路轉子條中的正弦曲線分布電流。因為這些短路鋁條具有低電阻，所以只要求磁通波的角速度和兩極轉子的機械角速度之間的相對較小的角速度來生成必要的轉子電流。相對角速度叫作滑流速度。正弦曲線分布的氣隙磁通密度和感應轉子電流間的交互生成轉子上的扭矩。

　　AC感應電機的矢量控制

　　為了實現(xiàn)三相AC感應電機中的可變速度運行，必須為電機提供可變電壓和可變頻率?，F(xiàn)代三相可變速度驅動(VSD)都配有數(shù)字控制的開關逆變器，可以極大地降低系統(tǒng)總功耗。使用可變速度驅動可以節(jié)省最多60%的電力，資源利用率可以提高三到四倍，能夠實現(xiàn)以前不可能實現(xiàn)的功能。可變速度驅動的功率范圍在電冰箱壓縮機中為0.2~0.4kW，在洗衣機中為0.8~1kW，在住宅和公共服務的電氣驅動中(例如多層住宅的冷水和熱水泵、中繼線中的冷水管道等)為3~100kW。

　　控制算法可以分為兩大類。第一類是標量控制，恒定電壓/頻率控制是非常流行的控制方法。另一類是矢量或磁場定向控制(FOC)，矢量控制方法能夠提供比標量控制更高的驅動性能。FOC的優(yōu)勢包括更高效率、完全扭矩控制、磁通和扭矩控制分離、動力學改進等。

　　FOC算法的基本理念是將定子電流分解為生成磁通的部分和生成扭矩的部分。兩個部分可以在分解后分別控制。這樣，電機控制器的結構就與分別激振的DC電機的結構一樣簡單。圖2顯示了AC感應電機的矢量控制的基本結構。

　　要執(zhí)行矢量控制，必須采取以下這些步驟：

• 測量電機參量(相位電壓和電流);
• 使用Clarke轉換，把它們轉換成二相系統(tǒng)(α,β);
• 計算轉子磁通空間矢量幅值和位置角度;
• 使用Park轉換，把定子電流轉換成d-q參考幀;
• 分別控制生成定子電流扭矩(isq)的部分和生成磁通(isd)的部分;
• 使用去耦模塊計算輸出定子電壓空間矢量;
• 使用Park逆轉換，轉換定子電壓空間矢量，把d-q參考幀轉換回用定子固定的二相系統(tǒng);
• 使用空間矢量調制(SVM)，生成輸出三相電壓。