矢量控制FOC基本原理
20140515
一、基本概念
11模型等效原则
交流电机三相对称的静止绕组A、B、C通以三相平衡的正弦电流时所产生的合成磁动势是旋转磁动势F它在空间呈正弦分布以同步转速ω1即电流的角频率顺着ABC的相序旋转。这样的物理模型如图11a所示。然而旋转磁动势并不一定非要三相不可单相除外二相、三相、四相……等任意对称的多相绕组通以平衡的多相电流都能产生旋转磁动势当然以两相最为简单。
图1
图11b中绘出了两相静止绕组α和β它们在空间互差90°通以时间上互差90°的两相平衡交流电流也产生旋转磁动势F。再看图11c中的两个互相垂直的绕组M和T通以直流电流Mi和Ti产生合成磁动势F如果让包含两个绕组在内的整个铁心以同步转速旋转则磁动势F自然也随之旋转起来成为旋转磁动势。把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图11a一样那么这三套绕组就等效了。
f三相两相变换3S2S变换
在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组α、β之间的变换简称3S2S变换。其电流关系为
111221022ABCiiiiiαβ
两相两相旋转变换2S2R变换同步旋转坐标系中M、T坐标系中轴向电流分量与α、β坐标系中轴向电流分量的转换关系为
cossi
2si
cosMTiiiiαβ

12矢量控制简介
矢量控制是指“定子三相电流矢量控制”。
矢量控制理论最早为解决三相异步电机的调速问题而提出。交流矢量的直流标量化可以使三相异步电机获得和直流电机一样优越的调速性能。将交流矢量变换为两相直流标量的过程见图2。
f
图2
图2的上图为静止坐标系下的定子三相交流矢量
图2的中图为静止坐标系下的等效两相交流矢量
图2的下图为旋转坐标系下的等效两相直流标量Ti是转矩电流Mi是励磁电流。经图2的变换后定子三相交流矢量变为了旋转的两相直流标量。进而可以把异步电机看作直流电机分别控制励磁电流Mi和转矩电流Ti。
变换公式即式1和式2。
f13关于坐标系
图2的上图的坐标系是静止的三相互差120°的坐标系这是一个非正交坐标系。图2的中图的坐标系是静止的两相互差90°的坐标系这是一个正交坐标系。
图2的下图的坐标系是旋转的两相互差90°的坐标系这是一个正交坐标系。此坐标系跟随转子旋转。
14为什么要进行坐标变换
因为A、B、C三相电流矢量的物理意义不明确将其转换为励磁电流Mi和转矩电流Ti物理意义明确便于分别控制两个量使r