关于九相感应电动机的矢量控制的探索

作者：张毅  

   若想获得九相感应电动机高动态调速性能，就得研究其转矩和磁链的控制规律。对于高性能交流调速系统来说，矢量控制和直接转矩控制在实际系统中的应用最为广泛。两种控制策略选取的状态变量和控制方式都不同，因而各自的控制特性也不同。相较于矢量控制，直接转矩控制省去了旋转坐标变换这一环节，计算量减少，从而提高了系统运行速度，但是实际转矩的稳态波动相对较大。而矢量控制控制器采用连续的PI控制，理论上没有转矩脉动，所以转矩和磁链变化比较平滑。矢量控制具有调速范围宽、连续控制等优点，使得其始终是交流调速的重要研究方向之一。

1基本模型及矢量控制方程

1.1  九相感应电动机的物理模型

九相感应电动机转子绕组采用笼型结构，定子绕组采用3Y移30。的绕组结构。其物理模型如图1所示，其中定子相绕组用A,B，C，表示（i=1、2、3，表示Y1、Y2、Y。三套星形绕组，下文各处i均为此意），转子相绕组用a，b，c-．表示，A，B，C，固定，a，b：c，以角速度叫逆时针旋转，定子A相绕组A．轴线与转子“相绕组a1轴线的夹角为臼。

1.2九相感应电动机的数学模型

  在两相同步旋转d-q坐标系下，九相感应电动机的磁链方程为：

其中：T，为电磁转矩；n。为电机极对数。

在两相同步旋转d-q坐标系下的运动方程为：

其中：w，为转差。

2  矢量控制模型

2.1  定子电流的解耦模型

  由式(5)的电磁转矩方程可知，Te正比于够．与i，，故称i。为定子电流的转矩分量。同理，由式(5)的转子磁链方程可知，lyr正比于i，故称i为定子电流的励磁分量。

根据九相感应电动机在两相同步旋转d-q坐标系下的矢量控制方程，建立定子电流的解耦模型如图2所示。图2中i。-ABC（i=1，2，3）表示三套绕组定子电流的计算值。

2.2磁链观测

  转矩控制的好坏很大程度上取决于磁链的观测准确与否，所以矢量控制的关键是获得转子磁链矢量的空间位置。然而直接检测转子磁链比较困难，一般利用容易测得的信号，如电压、电流等，间接获得转子磁链信号，本文采用电流模型。

图3是转子磁链观测器的电流模型。由图3可知，将定子电流进行3s/2r坐标变换，得到两相同步旋转d-q坐标系下的电流；根据式(5)得到蛾和叫w，w，与实测转子角速度w，求和得到同步旋转角速度；最后对其积分就得到转子磁链的空间位置角9。

3调节器的设计

其中：k。、k，分别为PI控制器的比例系数和积分系数。

综上所述，可以得到九相感应电动机矢量控制系统的结构图，如图4所示。其中，US -ABC、US -AB(:(/-1，2，3)分别表示三套绕组定子电压的给定值和计算值。

4仿真与分析

在Simulink软件平台上，建立九相感应电动机矢量控制系统的仿真模型，对其进行动态仿真。电磁转矩在0.7 s时由0N-m突变至50 N-m，在1.4 s时又变回0N-m，仿真结果如图5所示。

  电机参数如下：^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，频率f=50 Hz。

  从图5可知，九相感应电机矢量控制系统的抗干扰能力较强，能快速跟踪转速和磁链的给定值。

5小结

  本文在推导九相感应电动机矢量控制方程的基础上，对其按转子磁链定向的矢量控制进行了研究。通过坐标变换，定子电流被解耦，得到两个转矩分量，分别为转矩分量和励磁分量。分别调节这两个电流分量，实现了转矩和磁链的控制。结合矢量控制方程和调节器，在Simulink中搭建仿真模型，进行九相感应电动机矢量控制系统的动态仿真。仿真结果表明，九相感应电动机调速系统能快速跟踪转速和磁链的给定值，具有较好的动态性能和稳态性能。6摘要：以九相感应电动机的动态数学模型为基础，对九相感应电动机调速系统的矢量控制进行了研究。通过坐标变换，得到九相感应电动机在两相同步旋转d-q坐标系下的矢量控制方程。将定子电流分解成转矩分量和励磁分量，通过对这两个分量进行调节，可实现转子磁链和电磁转矩的控制。按转子磁链定向矢量控制的基本思想设计调节器，并在Simulink软件平台中搭建九相感应电动机的矢量控制模型进行仿真分析。结果表明，九相感应电动机的矢量控制系统具有较好的稳态和动态性能。