基础补充|基础补充——到底什么是旋转坐标变换()

三相到两相的坐标变换较好理解,其实就是将三相绕组等效为两相绕组,系统变换前后所需要的独立变量的个数是不会变化的,只不过是数学模型被降阶了。由于变换过程中涉及等幅值和等功率的指标区别,所以矩阵的系数可能会存在一定的区别。根据变换前后合成磁动势能是相等的,从磁链控制的角度两者是完全一致。
但是,旋转坐标变换要怎么理解呢?
基础补充|基础补充——到底什么是旋转坐标变换()
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书本上写出来的是等效为一个他励直流电动机,电枢电流控制转矩,励磁电流控制磁场,实现磁通电流分量和转矩电流分量的完全解耦。
但是我就不太明白了,到底是怎么从一个交流电机等效为一个直流电机呢?
再回顾一下旋转坐标变换的方程组的推导过程,还是根据合成磁动势相等原则,要使得磁动势相等,就必须使得旋转坐标系的MT轴电流在 αβ 轴上的电流等效为 iα 和 iβ 。
【基础补充|基础补充——到底什么是旋转坐标变换()】则有以下关系式:
基础补充|基础补充——到底什么是旋转坐标变换()
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从而得到坐标变换矩阵:
基础补充|基础补充——到底什么是旋转坐标变换()
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扣一下这个里面的细节,
问题:theta角的大小是哪两个轴之间的夹角呢?
以使用最为广泛的转子磁链定向为例进行分析,theta是转子磁链的方向与alpha轴之间的夹角。
问题:为什么用转子磁链的方向作为d轴?
因为根据通电导体在磁场中的受力公式:
F = B * I * L * sin(theta) = (B*L*sin(theta))* I= K * L
K = B * L * sin(theta)
在磁场强度B和导线长度固定时,theta = pi/2 即 90°的时候 ,具有最大的转矩系数,换句话说就是最小的电流可输出最大的力矩,我们控制过程确实是要追求这个性能。
那我们回到旋转坐标变换的过程。
将电流体系的d轴变成与转子磁链方向一致,将q轴变成与磁链方向完全垂直,也就是相差pi/2。从这里可以发现,新的坐标系是将电流iq完全与转子磁链垂直了,将电流id完全与转子磁链同向了。那么控制d轴电流的大小就控制磁场,控制iq就控制的是转矩了,此时即可等价为一个他励直流电动机了。
所以总结而言,坐标变换的本质是将 复杂耦合的电流分配 变换为 独立且有规则电流分配 的过程。将原本在ABC三相方向上复杂变化的iaibic经过坐标变换矩阵,使得其能够有规律的分配到 影响磁链强度的id 和 影响转矩大小的 iq 上面。从逆变器或驱动器的角度考虑,根本不存在idiq这两个电流,只有iaibic这三个电流,而坐标变换的过程就是将这三个电流控制得能够有序的朝idiq两个方向独立增减的过程。

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