三相异步电机矢量控制2011.5.31)

三相异步电机矢量控制简介

目录◆电 机 ◆变 频 器 ◆矢量控制

1.1 电机类型有刷电机 直流电机 无刷电机 三相 感应电机(异步) 单相 电机 交流电机 同步电机 永磁铁电机 同步磁阻电机 转换磁阻电机

VR 型步进电机 PM 型 HB 型

1.2

三相异步电动机的外形图 及主要部件。

1.3 三相异步电机原理 1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆 形旋转磁场。

n1

V2

W1

2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动 势和电流。

U1

n

3、电磁力：转子载流(有功分量电流)体在磁场作用 下受电磁力作用，形成电磁 转矩，驱动电动机旋转，将 电能转化为机械能。

W2 V1

U2

1.4 三相异步电机等效电路

基本方程

U1 ( Rm jXm) I 0 I1R1 jI1 X1 U (Rm jXm)I I R jI X 2 0 2 2 2

2

I1 I 2 I 0 I 1 s R U 2 2 2 s

1.5 直流电机原理结构永久磁铁 Ra Ia 刷子

等效电路

V 导线

E

电机 B

刷子 换向器

永久磁铁

2.1 变频器原理变频器将交流电转换成直流电，然后将直流电再转换成交 流电，在这个过程中，变频器通过可变频率的电压给电机。转换器 变频器

电源M

电机

电源

母线电压

类似正弦波电压

◇转换器 整流二极管，将交流转成直流 ◇变频器 整流开关，将直流转成交流电。

2.2 变频器结构图MC56F8023 Control Board for 3 phase ACIMDC Power SupplyDC 310V DC BUS Detection

AC(110V/220)

DC 15V

ANA0 P W HIN1 HIN2 HIN3 LIN1 LIN2 LIN3

MOTOR

LDO-DC 3.3

VDD/VDDA M

IPM-IR 10A/600V

Machine Control

UART Communication

S C I

DSC 8023VTH FLT_EN ITRIP Temperature: thermistor in IPM Fault: over current/over voltage Fault0TACHO

ANB1

PC

SCI FreeMaster

Current Det.ANA2 Shunt Resister(33mΩ)

Isolated speed Door unLock Disable

QT1

Tacho Signal

2.3 硬件功能：

1、Freescale 56F8023的DSC芯片：有DSP功能； 2、电源： AC-DC308V,DC-DC15V, 3.3V; 3、 Sanyo----SKT621 -Shunt Restistor; 4、速度反馈：比较器放大电路； 5、DC-BUS检测； 6、电流采样电路； 7、FreeMaster:与电源隔离的PC机串行通迅接口； 8、JTAG:专用的调试接口； 9、设计应用时的数据通讯UART接口；

2.4 软件功能：

1、矢量控制算法的实现； 2、OOB判断； 3、称重； 4、电机温度测量； 5、电机阻值校正； 6、功率限制及电流限制； 7、UART通信； 8、多重保护(过流、过压、欠压、速度信号丢 失、电机缺相、电机堵转、IPM温度过高、电机 温度过高等);

3.1 矢量控制原理

Control Process

Phase A Phase B 3-Phase to Phase C 2-Phase

Stationary to q Rotating

d

Rotating to q Stationary

d

Phase A Phase B

Modulation Phase C

3-Phase System

2-Phase System

3-Phase System

ACStationary Reference Frame

DCRotating Reference Frame

ACStationary Reference Frame

Clarke 变换2 cos0 cos i 3 i sin 0 sin 2 3 cos 4 ia 3 ib 4 sin ic 3 B

i

is ic

ib i a i A

i 3 ia 2

i

3 2 b

i

3 2 c

i

3相交流模式

2相交流模式

C

Park 变换

i

id cos iq sin id i cos d i sin d

sin i cos i

B

iq

is

idi

d

iq i sin d i cos dC

这样经过上面的变换就可以把电机的总电流is分 解为与d轴重合和正交的两个分量id和iq。分别称 为励磁分量和转矩分量，这样就实现了磁链和转 矩的解耦，异步电机就可以和直流电机一样来控 制。 虽然矢量控制可以实现定子电流的完全解耦，但 是定子的电压还是有耦合的，即ud受iq的影响， uq受id的影响，所以在矢量控制中要考虑这个问 题。

3.2 矢量控制结构图Digital Signal Controller 56F8xxxUmax f-stator Isd_req Decoupling PWM Output

Isdmax Speed reference +

Field-Weakening Control

+ -

PI controller

+ +

Ud

d,q SVM PWM PWM

PID controller -

Isq_req + -

+ PI controller +

Uq ,

correction Ud Uq Adaptive Circuit Rotor Flux Estimator Isd Isq d,q

2 , 3

DC-Bus Voltage Idcb DC-Bus Current 3-ph Current Reconstr. Captured Tacho Generator Signal ADC Udcb

Measured Speed

Speed Calculator

slow control loop

Quad Timer

fast control loop