AC電機

AC (Alternating Current)交流電機。

原理及算法

標量控制

標量控制(或V/Hz控制)是一個控制指令電機速度的簡單方法

指令電機的穩(wěn)態(tài)模型主要用于獲得技術(shù)，因此瞬態(tài)性能是不可能實現(xiàn)的。系統(tǒng)不具有電流回路。為了控制電機，三相電源只有在振幅和頻率上變化。

矢量控制或磁場定向控制

在電動機中的轉(zhuǎn)矩隨著定子和轉(zhuǎn)子磁場的功能而變化，并且當兩個磁場互相正交時達到峰值。在基于標量的控制中，兩個磁場間的角度顯著變化。

矢量控制設法在AC電機中再次創(chuàng)造正交關(guān)系。為了控制轉(zhuǎn)矩，各自從產(chǎn)生磁通量中生成電流，以實現(xiàn)DC機器的響應性。

一個AC指令電機的矢量控制與一個單獨的勵磁DC電機控制相似。在一個DC電機中，由勵磁電流IF所產(chǎn)生的磁場能量ΦF與由電樞電流IA所產(chǎn)生的電樞磁通ΦA正交。這些磁場都經(jīng)過去耦并且相互間很穩(wěn)定。因此，當電樞電流受控以控制轉(zhuǎn)矩時，磁場能量仍保持不受影響，并實現(xiàn)了更快的瞬態(tài)響應。

三相AC電機的磁場定向控制(FOC)包括模仿DC電機的操作。所有受控變量都通過數(shù)學變換，被轉(zhuǎn)換到DC而非AC。其目標的獨立的控制轉(zhuǎn)矩和磁通。

磁場定向控制(FOC)有兩種方法：

直接FOC: 轉(zhuǎn)子磁場的方向(Rotor flux angle) 是通過磁通觀測器直接計算得到的

間接FOC: 轉(zhuǎn)子磁場的方向(Rotor flux angle) 是通過對轉(zhuǎn)子速度和滑差(slip)的估算或測量而間接獲得的。

矢量控制要求了解轉(zhuǎn)子磁通的位置，并可以運用終端電流和電壓(采用AC感應電機的動態(tài)模型)的知識，通過高級算法來計算。然而從實現(xiàn)的角度看，對于計算資源的需求是至關(guān)重要的。

可以采用不同的方式來實現(xiàn)矢量控制算法。前饋技術(shù)、模型估算和自適應控制技術(shù)都可用于增強響應和穩(wěn)定性。

AC電機的矢量控制：

深入了解

矢量控制算法的核心是兩個重要的轉(zhuǎn)換: Clark轉(zhuǎn)換，Park轉(zhuǎn)換和它們的逆運算。采用Clark和Park轉(zhuǎn)換，帶來可以控制到轉(zhuǎn)子區(qū)域的轉(zhuǎn)子電流。這種做充許一個轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)決定應供應到轉(zhuǎn)子的電壓，以使動態(tài)變化負載下的轉(zhuǎn)矩最大化。

Clark轉(zhuǎn)換：Clark數(shù)學轉(zhuǎn)換將一個三相系統(tǒng)修改成兩個坐標系統(tǒng)：

其中Ia和Ib正交基準面的組成部分，Io是不重要的homoplanar部分：

Park轉(zhuǎn)換：Park數(shù)學轉(zhuǎn)換將雙向靜態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)動系統(tǒng)矢量

兩相α, β幀表示通過Clarke轉(zhuǎn)換進行計算，然后輸入到矢量轉(zhuǎn)動模塊，它在這里轉(zhuǎn)動角θ，以符合附著于轉(zhuǎn)子能量的d, q幀。根據(jù)上述公式，實現(xiàn)了角度θ的轉(zhuǎn)換。

基本結(jié)構(gòu)

AC電機的磁場定向矢量控制，Clarke變換采用三相電流IA, IB 以及 IC，這兩個在固定座標定子相中的電流被變換成Isd 和Isq，成為Park變換d, q中的元素。其通過電機通量模型來計算的電流Isd, Isq 以及瞬時流量角θ被用來計算交流感應電機的電動扭矩。