参考资料:Simulink - Mathematical Transforms

在交流控制系统中:
当三相平衡时,电压和电流分别幅值相等,相位互差120°,为了方便进行数学推导及控制,提出了Clarke,Park变换以及逆变换。
而当三相不平衡时,电压和电流的信号会出现幅值不相等以及相位互差不为120°的情况,于是引出了正序,负序,零序的概念,任意三相交流信号均可由正序,负序,零序组成,提出了对称分量变换

列表如下:

三相平衡变换 说明
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
三相不平衡变换 说明
Symmetrical-Components Transform abc to ±0
Inverse Symmetrical-Components Transform ±0 to abc

点击图片可查看高清版本

Clarke Transform


关于等幅变换和等功率变换中系数的确定可以参考博文:
https://blog.csdn.net/jaysur/article/details/100673823

Inverse Clarke Transform


clarke变换的作用主要是将互差120°的坐标系转换成互差90°的坐标系,这里是将abc的坐标系转换成αβ0,而0轴是与αβ垂直的,可理解为笛卡尔坐标系中的xyz轴,称为三相静止坐标系到两相静止坐标系的转换,在实际电机控制的工程中,往往会忽略0轴,仅用α和β来进行计算,同时考虑三相中a+b+c=0这个特性,化简后可以仅用ab来表示αβ,这样在采集电压电流时,仅用2个采样电路即可,节省成本。
另外,clarke分为两种转换方式,即等幅值变换和等功率变换,等幅值变换值的是变换前后,各分量的幅值相等,如仿真图中,变换前后波形的幅值均为100,比较直观,所以工程中通常采用这种方式。而等功率变换中的变换矩阵是正交矩阵,即逆等于其转置,这种通常在需要功率控制中使用。
两种方式仅是系数上的差别,甚至实际使用时连前面的系数都可以省略,并入PID的Kp中。

Clarke to Park Angle Transform

Park to Clarke Angle Transform


clarke与park之间的转换也是非常常用的变换,从变换形式来看,αβ的波形为互差90°的正弦,可以等效成sin和cos函数,波形的变化等效成一个向量的模和相角,而park变换就是将相角这个部分从向量里分离出来,仅剩下向量的模,这样对向量模长的控制,最终可以达到对abc三相的幅值控制,简化了一系列的相位计算,称为两相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换。
park变换也具有两种形式,即将α与d对齐和α与q对齐,一般教科书和论文中以α与d对齐的方式为主,结合之前的clarke仿真波形(等幅值)可以看出,得到的d轴分量为负值,数值大小为abc的幅值,而q轴分量为0。在实际中不同的应用场合会使用不同的方式,MATLAB中以α与q对齐为主。

Park Transform

Inverse Park Transform

park变换在不同的应用中定义有些区别,在电机控制中指的是两相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换,而在电网控制中指的是三相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换,包含了clarke变换,直接一步到位。

Symmetrical-Components Transform

Inverse Symmetrical-Components Transform


三相系统中还有一种变换,即三相向量到正序向量,负序向量和零序向量的变换,这种在电网中较为常见,在电网发生短路故障时,或者某一相的负载过重,会使得三相电压不平衡。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,而负序分量相位与原向量的相序相反,即acb,而零序分量没有相序,均为同一个相角,可以理解为直流。

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