關(guān)于九相感應(yīng)電動機(jī)的矢量控制的探索
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作者：張毅
若想獲得九相感應(yīng)電動機(jī)高動態(tài)調(diào)速性能，就得研究其轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制規(guī)律。對于高性能交流調(diào)速系統(tǒng)來說，矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制在實際系統(tǒng)中的應(yīng)用最為廣泛。兩種控制策略選取的狀態(tài)變量和控制方式都不同，因而各自的控制特性也不同。相較于矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制省去了旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換這一環(huán)節(jié)，計算量減少，從而提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度，但是實際轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)態(tài)波動相對較大。而矢量控制控制器采用連續(xù)的PI控制，理論上沒有轉(zhuǎn)矩脈動，所以轉(zhuǎn)矩和磁鏈變化比較平滑。矢量控制具有調(diào)速范圍寬、連續(xù)控制等優(yōu)點，使得其始終是交流調(diào)速的重要研究方向之一。
1基本模型及矢量控制方程
1.1 九相感應(yīng)電動機(jī)的物理模型
九相感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組采用籠型結(jié)構(gòu)，定子繞組采用3Y移30。的繞組結(jié)構(gòu)。其物理模型如圖1所示，其中定子相繞組用A,B，C，表示（i=1、2、3，表示Y1、Y2、Y。三套星形繞組，下文各處i均為此意），轉(zhuǎn)子相繞組用a，b，c-．表示，A，B，C，固定，a，b：c，以角速度叫逆時針旋轉(zhuǎn)，定子A相繞組A．軸線與轉(zhuǎn)子“相繞組a1軸線的夾角為臼。
1.2九相感應(yīng)電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型
在兩相同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下，九相感應(yīng)電動機(jī)的磁鏈方程為：
其中：T，為電磁轉(zhuǎn)矩；n。為電機(jī)極對數(shù)。
在兩相同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下的運(yùn)動方程為：
其中：w，為轉(zhuǎn)差。
2 矢量控制模型
2.1 定子電流的解耦模型
由式(5)的電磁轉(zhuǎn)矩方程可知，Te正比于夠．與i，，故稱i。為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量。同理，由式(5)的轉(zhuǎn)子磁鏈方程可知，lyr正比于i，故稱i為定子電流的勵磁分量。
根據(jù)九相感應(yīng)電動機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下的矢量控制方程，建立定子電流的解耦模型如圖2所示。圖2中i。-ABC（i=1，2，3）表示三套繞組定子電流的計算值。
2.2磁鏈觀測
轉(zhuǎn)矩控制的好壞很大程度上取決于磁鏈的觀測準(zhǔn)確與否，所以矢量控制的關(guān)鍵是獲得轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康目臻g位置。然而直接檢測轉(zhuǎn)子磁鏈比較困難，一般利用容易測得的信號，如電壓、電流等，間接獲得轉(zhuǎn)子磁鏈信號，本文采用電流模型。
圖3是轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器的電流模型。由圖3可知，將定子電流進(jìn)行3s/2r坐標(biāo)變換，得到兩相同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下的電流；根據(jù)式(5)得到蛾和叫w，w，與實測轉(zhuǎn)子角速度w，求和得到同步旋轉(zhuǎn)角速度；最后對其積分就得到轉(zhuǎn)子磁鏈的空間位置角9。
3調(diào)節(jié)器的設(shè)計
其中：k。、k，分別為PI控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)。
綜上所述，可以得到九相感應(yīng)電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示。其中，US -ABC、US -AB(:(/-1，2，3)分別表示三套繞組定子電壓的給定值和計算值。
4仿真與分析
在Simulink軟件平臺上，建立九相感應(yīng)電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真模型，對其進(jìn)行動態(tài)仿真。電磁轉(zhuǎn)矩在0.7 s時由0N-m突變至50 N-m，在1.4 s時又變回0N-m，仿真結(jié)果如圖5所示。
電機(jī)參數(shù)如下：^一0.22 Q，rr—0.47 fl,L，一0. 039 5 H,L,-0. 039 5 H,Lm一0.036 4 H,np一3, ，=O. 116 kg．m2，頻率f=50 Hz。
從圖5可知，九相感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)，能快速跟蹤轉(zhuǎn)速和磁鏈的給定值。
5小結(jié)
本文在推導(dǎo)九相感應(yīng)電動機(jī)矢量控制方程的基礎(chǔ)上，對其按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制進(jìn)行了研究。通過坐標(biāo)變換，定子電流被解耦，得到兩個轉(zhuǎn)矩分量，分別為轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量。分別調(diào)節(jié)這兩個電流分量，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制。結(jié)合矢量控制方程和調(diào)節(jié)器，在Simulink中搭建仿真模型，進(jìn)行九相感應(yīng)電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)的動態(tài)仿真。仿真結(jié)果表明，九相感應(yīng)電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)能快速跟蹤轉(zhuǎn)速和磁鏈的給定值，具有較好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。6摘要：以九相感應(yīng)電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，對九相感應(yīng)電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制進(jìn)行了研究。通過坐標(biāo)變換，得到九相感應(yīng)電動機(jī)在兩相同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)系下的矢量控制方程。將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量，通過對這兩個分量進(jìn)行調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的控制。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想設(shè)計調(diào)節(jié)器，并在Simulink軟件平臺中搭建九相感應(yīng)電動機(jī)的矢量控制模型進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，九相感應(yīng)電動機(jī)的矢量控制系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能。
