20世纪70年代初,美国和德国的学者提出了矢量控制(vector control)理论。德国西门子公司的F.Blaschke等,于1971年提出了“感应电机磁场定向的控制原理”。美国的P.C.Custman和A.A.Clark则提出了“感应电动机定子电压的坐标变换控制”理论,这些成果使交流变频调速技术取得了突破性地进展,经过近30年来的不断改进,交流调速系统终于达到了可与直流调速系统的性能相媲美的程度。
简单来说,矢量控制方法就是把交流电动机解析成直流电动机一样的转矩发生机构,要知道,转矩就是磁场与其正交电流的积,所以从理论上将电动机的一次电流分离成建立磁场的励磁分量和磁场正交的产生转矩的转矩分量,然后再进行控制。
矢量控制的思想就设法在普通的三相交流电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律。其基本思路是以产生同样的旋转磁场为要求,建立三相交流绕组电流和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系。例如:如图3.27所示,当三相固定的对称绕组α,β,γ通过三相正旋平衡电流iα,iβ,iγ时,即产生转速为ω的旋转磁场。当两相固定绕组A和B,通以两相平衡交流电流iA和iB(相位差为90°)时一样会产生旋转磁场。当两个匝数相等且相互垂直的绕组X和Y,分别通以直流电流iX和iY产生位置固定的磁通。如果是两个绕组同时以同步转速旋转起来,磁通也会跟着旋转起来,当旋转磁场的大小和转速都相同时,则可以认为上述的三个绕组是等效的。
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图3.27 等效旋转磁场下的不同绕组
如果以旋转的绕组为参照物,上述绕组可以看成是两个通以直流的相互垂直的固定绕组。如果取磁通ΦX的位置和X绕组的平面正交,就相当于等效的直流电动机。其中X绕组相当于励磁绕组,Y绕组就相当于电枢绕组。
异步电动机模拟直流电动机的控制,就是将静止三坐标系中表示的异步电动机矢量按转子磁通方向为磁场定向,以同步速度旋转的X-Y直角坐标系上,即进行矢量的坐标变换。则在X-Y直角坐标系上,异步电动机的数学模型和直流电动机的数学模型是极其相似的。这样就可以像控制直流电动机一样去控制异步电动机,以获得优越的调速性能。
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