电机控制里的矢量控制(vector control),是控制的什么矢量?
前面讲帕克变换和克拉克变换,你看了后有没有一种似乎懂了其实更迷糊了的感觉。是的,看着图我知道三角函数关系。可是,凭啥abc相电压有个方向?不光有方向,还有个大小,这大小跟交变的电压有啥关系?没搞明白这点之前,哪来的勇气用三角函数转换到dq轴上?
好多资料包括一些专业书籍上,上来不做过多介绍,就用如上公式开算。算电压,算电流,算磁链。如果光看图,大脑里的感觉是我懂了,不就是个中学几何吗?可一回味,就会有上面的疑问。这不得不提到空间矢量(space vector)。矢量(vector)我们懂,尤其是三维及以下的矢量,不就是有大小有方向的量吗?三维矢量,可不就是三维空间里的矢量吗?如果真是这样,似乎没有必要提出空间矢量(space vector)这个概念了。首先,它是一个数学概念。数学概念需要定义,或者需要赋予它意义,它不一定有直接的物理意义,但它能提供过程便利。举个例子,你跟朋友打麻将,一局一结算,可来回找零太麻烦,于是,每人分25张扑克牌,每张扑克牌代表10元,在大结局前都用扑克结算,最后换成人民币。
其次,它与矢量有关。上面提到把电压、电流、磁链转换到dq轴。电流、磁链还好,电压显然不是矢量,它是一个标量,最多在正弦电压情况下,可以用相量表示,相量在复平面上,似乎跟二维矢量有那么丁点关系,可这里的空间矢量,不是这层关系。
在前面介绍过的《Dynamic Simulation of Electric Machinery Using Matlab/Simulink》这本书里的空间矢量的引入方式相对容易理解。它先从磁动势讲起,因为磁动势本身是矢量。
大家知道,三相对称绕组,当a相通入交流电流,我们以最容易理解的二极电机为例,会形成以a相轴线为对称轴的驻波基波磁动势。这里要理解驻波,也要理解基波。
于是,我们定义这样一个矢量:矢量的方向是轴线方向,大小用轴线上的大小确定,轴线以外的周向上,大小按正弦规律。心里一定要装着刚才的空间矢量定义,然后利用一下欧拉公式,可以有:这里要非常熟悉a和a平方,它们是旋转因子,在旋转因子作用下,括号里的三项,仍是同轴的,于是满足定义条件,于是又定义了i1、i2两个空间向量。当三相通以对称的电流,就会形成我们熟知的旋转磁动势:对于电压,不像磁动势,会有空间基波正弦分布的特点,它没有这样的物理意义,但它仍然可以用一样的方法定义,这样就有了电压空间矢量。它就可以往任意坐标轴分解和合成。这时候,三相电压空间矢量的合成矢量,类似前面的磁动势合成矢量,也是一个旋转矢量。不是三个相量表示之和为零。电压的空间矢量定义,适用于PWM电压波,虽然这时Uabc是以直流电源中性点为参考点,而不是电机中性点为参考点。合成电压空间矢量与参考点没有关系。电机的矢量控制,实际上就是控制开关管的开关,用6个电压空间矢量合成所期望的总的电压空间矢量。