經(jīng)濟(jì)高效的矢量控制驅(qū)動(上)

　　三相交流感應(yīng)電機(jī)

　　ACIM是旨在從三相交流電源中運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。每個(gè)定子的內(nèi)部外設(shè)中的插槽都包含一個(gè)三相繞組。每個(gè)繞組中的順序都進(jìn)行分配，這樣定子繞組中的電流就在氣隙的外設(shè)周圍產(chǎn)生一個(gè)近似正弦曲線分布的磁通密度。當(dāng)時(shí)間呈正弦曲線分布、但又以120度交錯(cuò)放置在相位中的三個(gè)電流流經(jīng)三個(gè)對稱放置的繞組時(shí)，就會產(chǎn)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(dāng)于定子電流角頻率的角速度旋轉(zhuǎn)。

　　最常見的感應(yīng)電機(jī)類型有一個(gè)鼠籠轉(zhuǎn)子，其中，鋁導(dǎo)線或鋁條鑄入轉(zhuǎn)子外設(shè)的插槽中。轉(zhuǎn)子的兩端均使用鑄鋁端環(huán)形成鋁導(dǎo)線或鋁條短路，鑄鋁端環(huán)也可用作風(fēng)機(jī)。因?yàn)檎仪€分布磁通密度波由定子勵(lì)磁電流掠過轉(zhuǎn)子導(dǎo)線產(chǎn)生，所以在導(dǎo)線中產(chǎn)生電壓，最終產(chǎn)生短路轉(zhuǎn)子條中的正弦曲線分布電流。因?yàn)檫@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(zhuǎn)子的機(jī)械角速度之間的相對較小的角速度來生成必要的轉(zhuǎn)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(yīng)轉(zhuǎn)子電流間的交互生成轉(zhuǎn)子上的扭矩。

　　AC感應(yīng)電機(jī)的矢量控制

　　為了實(shí)現(xiàn)三相AC感應(yīng)電機(jī)中的可變速度運(yùn)行，必須為電機(jī)提供可變電壓和可變頻率。現(xiàn)代三相可變速度驅(qū)動(VSD)都配有數(shù)字控制的開關(guān)逆變器，可以極大地降低系統(tǒng)總功耗。使用可變速度驅(qū)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?qū)崿F(xiàn)以前不可能實(shí)現(xiàn)的功能?？勺兯俣闰?qū)動的功率范圍在電冰箱壓縮機(jī)中為0.2~0.4kW，在洗衣機(jī)中為0.8~1kW，在住宅和公共服務(wù)的電氣驅(qū)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(biāo)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(biāo)量控制更高的驅(qū)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(xué)改進(jìn)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(gè)部分可以在分解后分別控制。這樣，電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu)就與分別激振的DC電機(jī)的結(jié)構(gòu)一樣簡單。圖2顯示了AC感應(yīng)電機(jī)的矢量控制的基本結(jié)構(gòu)。

　　要執(zhí)行矢量控制，必須采取以下這些步驟：

• 測量電機(jī)參量(相位電壓和電流);
• 使用Clarke轉(zhuǎn)換，把它們轉(zhuǎn)換成二相系統(tǒng)(α,β);
• 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁通空間矢量幅值和位置角度;
• 使用Park轉(zhuǎn)換，把定子電流轉(zhuǎn)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(jì)算輸出定子電壓空間矢量;
• 使用Park逆轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換定子電壓空間矢量，把d-q參考幀轉(zhuǎn)換回用定子固定的二相系統(tǒng);
• 使用空間矢量調(diào)制(SVM)，生成輸出三相電壓。