矢量控制 基本概念

电机矢量控制中的一些基本概念

1.基本概念

磁场强度：H，矢量。

磁感应强度（磁通密度）：B，矢量。 磁导率： Fe Fe=Hm/B m

如图1- 1，当电流iA流入线圈时，便会在铁心内产 生磁场。根据安培环路定律，有

L

Hdl i

图1- 1双线圈励磁的铁芯

式中，H为磁场强度； i为该闭合回线包围的总电流。若电流正方向与闭合回线L的环形方向符合右手螺旋关系时，i便取正，否则取负。闭合回线可任意选取。取铁芯断面的中心线为闭合回线，环形方向为顺时针方向。假设沿着该闭合回线，铁芯磁路内的Hm处处相等，方向与积分路径一致，气隙内Hδ

一致，方向与积分路径一致。于是，有 Hmlm H

NA iA

式中，Hmlm和H 分别为铁芯磁路和气隙磁路的磁压降；fA NAiA为此路的磁动势。

在磁动势的作用下，在两种性质的磁路中产生两种磁通。

主磁通：如图1- 1， mA= BdS=BmAS，这里假设铁芯断面上由A产生的

S

磁感应强度Bm处处相等。电机中A相绕组的主磁通表示A相绕组电流（磁动势）产生的穿过气隙与定子绕组、转子绕组同时相交链的基波磁通。由于主磁通提供气隙磁通，所以气隙磁通又称为励磁磁通。由该磁通实现定、转子间的能量传递。如图1- 3所示电机的主磁通。

漏磁通：图1- 1中用 mA表示。电机中定子三相电流产生的与定子绕组相交链而不与转子绕组相交链的磁通，称为定子漏磁通。转子绕组中的电流同样会产生只与转子绕组交链的漏磁通。漏磁通与电流呈线性关系。如图1- 2所示电机的漏磁通。

磁链： = N Li

图1- 3主磁通

图1- 2 漏磁通

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磁链：在图1- 1中，若线圈A和线圈B同时通电，则

线圈A的励磁磁链为 mA= mANA=LmAiA 其中LmA为线圈A的励磁电感 线圈A的漏磁链为 A=L AiA，L A为线圈A的漏电感，漏磁链与电流线性关系。

线圈A的自感为LA=LmA L A。

线圈B的励磁磁链为 mB= mBNB=LmBiB 其中LmB为线圈B的励磁电感， mB

为线圈B的电流（磁动势）产生的励磁磁通。

线圈B的漏磁链为 B=L BiB，L B为线圈B的漏电感。 线圈B的自感为LB=LmB L B。

互感磁通：如图1- 1所示，线圈A产生的励磁磁通 mA要与线圈B交链，线圈B产生的励磁磁通 mB要与线圈A交链。这部分相互交链的磁通称为互感磁通。

在图1- 1中，因励磁磁通 mB全部与线圈A交链，故电流iB在线圈A中产生的互感磁链 mAB为

= mNB=L mAB，AiABLAB为线圈B对线圈A的互感。

因励磁磁通 mA全部与线圈B交链，故电流iA在线圈B中产生的互感磁链

mBA为

=LBiA， mBA= mANBALBA为线圈A对线圈B的互感。 LAB与LAB相等，且当NA与NB相等时，有LAB=LAB=LmA=LmB

线圈A的全磁链 A可以表示为

A=LmAiA L AiA LABiB

具有一般情况的互感，如图1- 4所示。线圈A与线圈B轴线夹角为 r。此时，电流iA在线圈B的互感磁链为

sN

mBA= mAco r

B

L=BiAAc o s

r

图1- 4

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2.磁场在空间中的分布

图2- 2通电直导线周围的磁场

如图2- 2所示，当导体中通入直流电后，周围的小磁针排列成一个圆。磁针所在的（圆）线称为磁感线，用磁感线的密度即磁通密度B表示磁场的强度。

通电直导体周围的磁场方向（磁感线的方向）用安培定则来判断。安培定则的具体内容为：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向；用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。如图2- 1线圈A-X周围的磁感线方向。

如图2- 1为简易电机模型，线圈A-X为A相绕组。当A相绕组通入正向电流iA时，在电机气隙中产生磁场。沿着磁感线应用安培环路定律，假设定、转子铁芯磁路的磁阻可以忽略比较，即铁芯磁路上磁压降为零，则线圈A产生的磁动势NsiA将全部小号在两个气隙内，即有

Ni ts A

1

Hgg N tsiA

2Hgg Hgg

图2- 1 A相绕组产生磁场的分布

式中，Hg为气隙中径向磁场强度；g为气隙长度；Ns为A相绕组匝数。

由于气隙均匀，且Hg在气隙内各处相同，为均匀分布，其方向如图2- 1所示。在绕组A-X左侧，磁场由定子内缘指向气隙，故定子左侧为N极；右侧磁场尤其系指向定子内缘，故定子右侧为S极。（此处NS极按书上未改动，但是书上是错误的，说反了）。

将图2- 1展开，A相绕组产生的矩形磁动势波及基波分量如图2- 3所示。

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图2- 3 A相绕组产生的矩形磁动势波及其基波分量

如图2- 3所示，A相绕组在通入电流iA(t)后，在气隙内形成一个矩形分布的

1

磁动势波，赋值为NsiA t 。该磁动势课分解为基波和一系列谐波，其中基波磁

2

动势的幅值为

41

FA t Ni t sA

π2

相绕组磁动势波形的实际波形取决于绕组的分布形式，与定子电流无关。 由图2- 3左图可以看出，相绕组矩形波磁动势含有大量谐波，他们同样会产生空间谐波磁场，这回影响电机性能。为此，在电机设计中，常将这种整距集中绕组代之以整距分布绕组或短距分布绕组。若相绕组总匝数Ns保持不变，其基波分量的幅值变为

41

Nskωs1iA t ，kωs1为基波磁动势的绕组因数。 π2

在电机学中，磁动势波形可用空间矢量来描述，记为fA，轴线与A轴一致。其表示方法如图2- 3所示。在以A轴为实轴的复平面内磁动势空间矢量fA可以表示为：

FA t

fA FA(t)ei0

P=2时，磁场在空间中的分布

。

别与B轴和C轴一致。于是有

同样，B相和C相绕组通入正向电流iB和iC后，可得fB和fC，两者轴线分

式中，

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这里所说的矢量与传统物理学中的矢量有所不同，这里的磁动势矢量表示的是正弦分布的磁动势波形的整体。通俗的讲，绕组的分布形式确定后，相绕组的磁动势波形即可确定，只要再确定磁动势波形幅值位置，即可确定该相绕组在空间各个位置产生的磁动势。而磁动势空间矢量的大小表示的就是磁动势的幅值，磁动势空间矢量的位置表示的就是磁动势波形幅值的位置。这就是磁动势空间矢量定义的物理意义。

有三相绕组产生的基波合成磁动势，也为空间矢量，将其记为fs。于是有

在正弦稳态下，定子三相电流瞬时值可表示为

将上式代入FA(t)、FB(t)、FC(t)，可得

式中，

进一步可得

。

由上式可以看出，fs的角速度就是电源角频率。通过上式即可确定三相绕组合成磁场的幅值和位置，也就确定了三相绕组在空间个点处的磁场强度。为了更好地理解fs的物理意义，下面用另一种计算方法来求解空间磁场的分布。

电机矢量控制中的一些基本概念

采用高速功率器件的电压型PWM变频器的主导控制技术有： 基于正弦波和三角波脉宽调制的SPWM控制, 基于消除指定次数谐波的HEPWM控制,

基于电流滞环跟踪的CHPWM控制,

电压空间矢量控制SVPWM,或称磁链轨迹跟踪控制…… 此处隐藏：1393字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……