交流伺服電機(jī)矢量控制原理
2019年05月05日 09:51:09 關(guān)鍵詞：伺服電機(jī)
1.交流感應(yīng)伺服電機(jī)的矢量操控
矢量操控理論最先是在1971年由德國學(xué)者F.Blachke提出的。在伺服體系中，直流伺服電機(jī)能取得優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)功能，其底子原因是被操控只要電機(jī)磁通Ф和電樞電流Ia，且這兩個(gè)量是獨(dú)立的。此外，電磁轉(zhuǎn)矩(Tm=KT Ф Ia)與磁通Ф和電樞電流Ia別離成正比聯(lián)系。因而，操控簡(jiǎn)略，功能為線性。假如能夠模擬直流電機(jī)，求出交流電機(jī)與之對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)與電樞電流，別離而獨(dú)立地加以操控，就會(huì)使交流電機(jī)具有與直流電機(jī)近似的優(yōu)秀特性。為此，必須將三相交變量(矢量)轉(zhuǎn)化為與之等效的直流量(標(biāo)量)，樹立起交流電機(jī)的等效模型，然后按直流電機(jī)的操控辦法對(duì)其進(jìn)行操控。
下圖所示三相異步交流電機(jī)在空間上發(fā)生一個(gè)角速度為ω0的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Φ。假如用圖b中的兩套空間相差900的繞組α和β來替代，并通以兩相在時(shí)刻上相差900的交流電流，使其也發(fā)生角速度為ω0的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Φ,則能夠以為圖a和圖b中的兩套繞組是等效的。若給圖c所示模型上兩個(gè)相互筆直繞組d 和 q，別離通以直流電流id 和iq ，則將發(fā)生方位固定的磁場(chǎng)Φ,假如再使繞組以角速度ω0旋轉(zhuǎn)，則所樹立的磁場(chǎng)也是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其幅值和轉(zhuǎn)速也與圖a相同。
三相A、B、C體系改換到兩相α、β體系
這種改換是將三相交流電機(jī)變?yōu)榈刃У亩嘟涣麟姍C(jī)。上圖a所示的三相異步電機(jī)的定子三相繞組，互相相差1200空間視點(diǎn)，當(dāng)通以三相平衡交流電流 iA, iB, iC 時(shí)，在定子上發(fā)生以同步角速度ω0旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)矢量Φ。三相繞組的效果，完全能夠用在空間上相互筆直的兩個(gè)停止的α、β繞組替代，并通以兩相在時(shí)刻上相差900的交流平衡電流 iα 和 iβ ，使其發(fā)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的幅值和角速度也別離Φ和ω0，則能夠以為上圖a、b中的兩套繞組是等效的。
使用三相/二相的數(shù)學(xué)改換公式，將其化為二相交流繞組的等效交流磁場(chǎng)。則發(fā)生的空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與三相A、B、C繞組發(fā)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)共同。令三相繞組中的A相繞組的軸線與α坐標(biāo)軸重合，其磁勢(shì)為
依照磁勢(shì)與電流成正比聯(lián)系，可求得對(duì)應(yīng)的電流值iα 和 iβ 。
除磁勢(shì)的改換外，改換中用到的其它物理量，只要是三相平衡量與二相平衡量，則轉(zhuǎn)化方式相同。這樣就將三相電機(jī)轉(zhuǎn)化為二相電機(jī)。
矢量旋轉(zhuǎn)改換
將三相電機(jī)轉(zhuǎn)化為二相電機(jī)后，還需將二相交流電機(jī)改換為等效的直流電機(jī)。若設(shè)d為激磁繞組，通以激磁電id，q為電樞繞組，通以電樞電流iq ，則發(fā)生固定起伏的磁場(chǎng)Φ，在定子上以角速度ω0旋轉(zhuǎn)。這樣就可看成是直流電機(jī)了。將二相交流電機(jī)轉(zhuǎn)化為直流電機(jī)的改換，實(shí)質(zhì)便是矢量向標(biāo)量的轉(zhuǎn)化，是停止的直角坐標(biāo)系向旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)化。這兒，便是把iα 和 iβ 轉(zhuǎn)化為 id 和 iq ，轉(zhuǎn)化條件是確保組成磁場(chǎng)不變。iα 和 iβ的組成矢量是 i1，將其在Φ方向及筆直方向投影，即可求得id 和 iq 。 id 和 iq 在空間以角速度ω0旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)化公式為
直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)的改換
矢量操控中，還要用到直角坐標(biāo)系與極坐標(biāo)系的改換。由id和iq求i1，其公式為
選用矢量改換的感應(yīng)電機(jī)具有和直流電機(jī)相同的操控特點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略、可靠，電機(jī)容量不受約束，與平等直流電機(jī)比較機(jī)械慣量小。
選用矢量改換的感應(yīng)電機(jī)具有和直流電機(jī)相同的操控特點(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略、可靠，電機(jī)容量不受約束，與平等直流電機(jī)比較機(jī)械慣量小。
2. 交流同步電機(jī)的矢量操控
基本原理
直流電機(jī)中，無論轉(zhuǎn)子在什么方位，轉(zhuǎn)子電流所發(fā)生的電樞磁動(dòng)勢(shì)總是和定子磁極發(fā)生的磁場(chǎng)成90°電視點(diǎn)。因而它的轉(zhuǎn)矩與電樞電流成簡(jiǎn)略的正比聯(lián)系。交流永磁同步電機(jī)的定子有三相繞組，轉(zhuǎn)子為永久磁鐵構(gòu)成的磁極，同軸連接著轉(zhuǎn)子方位編碼器檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)于定子各繞組的相對(duì)方位。該方位與轉(zhuǎn)子視點(diǎn)的正弦函數(shù)聯(lián)系聯(lián)系在一起。方位編碼器和電子電路結(jié)合，使得三相繞組中流過的電流和轉(zhuǎn)子方位轉(zhuǎn)角成正弦函數(shù)聯(lián)系，互相相差120°電視點(diǎn)。三相電流組成的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)在空間的方向總是和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)成90°電視點(diǎn)(超前)，發(fā)生最大轉(zhuǎn)矩，假如能樹立永久磁鐵磁場(chǎng)、電樞磁動(dòng)勢(shì)及轉(zhuǎn)矩的聯(lián)系，在調(diào)速過程中，用操控電流來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的操控，這便是矢量操控的意圖。
