參考資料:Simulink - Mathematical Transforms
在交流控制系統中:
當三相平衡時,電壓和電流分別幅值相等,相位互差120°,爲了方便進行數學推導及控制,提出了Clarke,Park變換以及逆變換。
而當三相不平衡時,電壓和電流的信號會出現幅值不相等以及相位互差不爲120°的情況,於是引出了正序,負序,零序的概念,任意三相交流信號均可由正序,負序,零序組成,提出了對稱分量變換
列表如下:
三相平衡變換 | 說明 |
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Clarke Transform | abc to αβ0 |
Inverse Clarke Transform | αβ0 to abc |
Park Transform | abc to dq0 |
Inverse Park Transform | dq0 to abc |
Clarke to Park Angle Transform | αβ0 to dq0 |
Park to Clarke Angle Transform | dq0 to αβ0 |
三相不平衡變換 | 說明 |
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Symmetrical-Components Transform | abc to ±0 |
Inverse Symmetrical-Components Transform | ±0 to abc |
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Clarke Transform
關於等幅變換和等功率變換中係數的確定可以參考博文:
https://blog.csdn.net/jaysur/article/details/100673823
Inverse Clarke Transform
clarke變換的作用主要是將互差120°的座標系轉換成互差90°的座標系,這裏是將abc的座標系轉換成αβ0,而0軸是與αβ垂直的,可理解爲笛卡爾座標系中的xyz軸,稱爲三相靜止座標系到兩相靜止座標系的轉換,在實際電機控制的工程中,往往會忽略0軸,僅用α和β來進行計算,同時考慮三相中a+b+c=0這個特性,化簡後可以僅用ab來表示αβ,這樣在採集電壓電流時,僅用2個採樣電路即可,節省成本。
另外,clarke分爲兩種轉換方式,即等幅值變換和等功率變換,等幅值變換值的是變換前後,各分量的幅值相等,如仿真圖中,變換前後波形的幅值均爲100,比較直觀,所以工程中通常採用這種方式。而等功率變換中的變換矩陣是正交矩陣,即逆等於其轉置,這種通常在需要功率控制中使用。
兩種方式僅是係數上的差別,甚至實際使用時連前面的係數都可以省略,併入PID的Kp中。
Clarke to Park Angle Transform
Park to Clarke Angle Transform
clarke與park之間的轉換也是非常常用的變換,從變換形式來看,αβ的波形爲互差90°的正弦,可以等效成sin和cos函數,波形的變化等效成一個向量的模和相角,而park變換就是將相角這個部分從向量裏分離出來,僅剩下向量的模,這樣對向量模長的控制,最終可以達到對abc三相的幅值控制,簡化了一系列的相位計算,稱爲兩相靜止座標系到兩相旋轉座標系的轉換。
park變換也具有兩種形式,即將α與d對齊和α與q對齊,一般教科書和論文中以α與d對齊的方式爲主,結合之前的clarke仿真波形(等幅值)可以看出,得到的d軸分量爲負值,數值大小爲abc的幅值,而q軸分量爲0。在實際中不同的應用場合會使用不同的方式,MATLAB中以α與q對齊爲主。
Park Transform
Inverse Park Transform
park變換在不同的應用中定義有些區別,在電機控制中指的是兩相靜止座標系到兩相旋轉座標系的轉換,而在電網控制中指的是三相靜止座標系到兩相旋轉座標系的轉換,包含了clarke變換,直接一步到位。
Symmetrical-Components Transform
Inverse Symmetrical-Components Transform
三相系統中還有一種變換,即三相向量到正序向量,負序向量和零序向量的變換,這種在電網中較爲常見,在電網發生短路故障時,或者某一相的負載過重,會使得三相電壓不平衡。主要是幅值的不平衡和相位的不平衡。正序分量指的是相位和原向量的相序相同,即abc,而負序分量相位與原向量的相序相反,即acb,而零序分量沒有相序,均爲同一個相角,可以理解爲直流。