交流異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)總結(jié)報(bào)告-wenkub
2023-05-28 22:16:47 本頁(yè)面
【正文】 得到、運(yùn)用（1）得到的同步旋轉(zhuǎn)角做旋轉(zhuǎn)變換，檢測(cè)、是否為直流量，以驗(yàn)證解耦控制是否成功。① 對(duì)轉(zhuǎn)子磁通的影響磁場(chǎng)定向下，轉(zhuǎn)子磁通：標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，一般?。?，為額定工況下定子相電流有效值。② 對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩的影響磁場(chǎng)定向下，電磁轉(zhuǎn)矩：當(dāng)勵(lì)磁電流保持不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為一條直線，其斜率取決于即轉(zhuǎn)子磁通的大小，因而由于磁路飽和，斜率受到限制，從而限制電磁轉(zhuǎn)矩。④ 對(duì)弱磁運(yùn)行的影響磁路飽和時(shí)，實(shí)際電機(jī)中定子電感、轉(zhuǎn)子電感與設(shè)計(jì)定子電感、轉(zhuǎn)子電感將產(chǎn)生偏差，令：，則可得： 對(duì)于大容量電機(jī)，、可以忽略，即。7月6號(hào)~7月7號(hào)試驗(yàn)總結(jié)試驗(yàn)分為三個(gè)步驟進(jìn)行：① 利用VVVF開(kāi)環(huán)控制軟件測(cè)試系統(tǒng)穩(wěn)定性，包括電源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、牽引電機(jī)和負(fù)載等，并將試驗(yàn)結(jié)果（電機(jī)定子三相電流、電磁轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)軸輸出功率、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入電流、電壓等）作為矢量控制系統(tǒng)在同等工況下的參考狀態(tài)。當(dāng)母線電壓達(dá)到150~180V時(shí)，出現(xiàn)電流保護(hù)，電機(jī)不能正常起動(dòng)。然而，如果靜止勵(lì)磁過(guò)程中，給定磁通電流分量過(guò)大，則容易引起起動(dòng)過(guò)程中的磁通飽和，使電機(jī)起動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)振動(dòng)，電流波動(dòng)大，甚至引起相電流保護(hù)。原因分析：轉(zhuǎn)矩電流調(diào)節(jié)器的PI參數(shù)調(diào)整不合理，可使得系統(tǒng)對(duì)負(fù)載變化較為敏感，較小的負(fù)載變化可引起電機(jī)相電流震蕩，導(dǎo)致相電流保護(hù)。（3）矢量控制帶負(fù)載起動(dòng)困難，接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，并導(dǎo)致相電流保護(hù)；利用VVVF試驗(yàn)時(shí)，電機(jī)軸輸出功率低，電機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，出現(xiàn)相電流保護(hù)。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定區(qū)域（）時(shí)，如果負(fù)載很大，電機(jī)定子頻率升高時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，負(fù)載隨同電機(jī)轉(zhuǎn)速升高而增加，使得電機(jī)轉(zhuǎn)差頻率不斷增大。（4）VVVF控制時(shí)，電機(jī)空載起動(dòng)正常，轉(zhuǎn)速上升后出現(xiàn)相電流波動(dòng)，電機(jī)晃動(dòng)較為明顯；轉(zhuǎn)速超過(guò)3000rpm時(shí)，電機(jī)運(yùn)行正常。出現(xiàn)磁通飽和的原因是VVVF控制的V/f1曲線與實(shí)際電機(jī)特性不匹配。原因分析：起動(dòng)時(shí)電機(jī)抖動(dòng)和爬行主要是因?yàn)樗俣葯z測(cè)不準(zhǔn)確，造成電流閉環(huán)控制失效。檢查后發(fā)現(xiàn)，高速下該信號(hào)波形由矩形波變?yōu)殇忼X波，脈沖上升沿電平被拉低。一般要求上拉電阻靠近DSP輸入端口。從試驗(yàn)條件分析，試驗(yàn)臺(tái)為轉(zhuǎn)轂，負(fù)載不會(huì)產(chǎn)生突變；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用蓄電池供電，電源電壓相對(duì)平穩(wěn)，可同時(shí)排除電源影響；對(duì)于電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間（3~4天）反復(fù)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)中電流波動(dòng)現(xiàn)象依然存在，也可排除調(diào)節(jié)器參數(shù)影響的原因。試驗(yàn)結(jié)果：電流波動(dòng)依然存在，效果不明顯。（3）對(duì)于給定磁通電流采取如下措施：通過(guò)判斷磁通是否達(dá)到飽和值來(lái)判斷是否對(duì)給定磁通電流減幅，當(dāng)反饋轉(zhuǎn)子磁通大于額定值時(shí)，給定磁通電流，從而降低給定磁通電流，使電機(jī)退飽和。減小給定磁通電流可以從根本上消除磁通飽和。原因分析：該矢量控制系統(tǒng)對(duì)磁場(chǎng)電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的反饋值分別與給定磁場(chǎng)電流分量和給定轉(zhuǎn)矩電流分量進(jìn)行比較，輸入至PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器輸出磁場(chǎng)電壓控制量和轉(zhuǎn)矩電壓控制量。 磁場(chǎng)電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量通過(guò)定子電流的在靜止坐標(biāo)系下的兩個(gè)正交分量經(jīng)旋轉(zhuǎn)變換得到，如果旋轉(zhuǎn)變換出現(xiàn)反向或者兩正交分量反向，則容易出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)后的電流始終為負(fù)值。試驗(yàn)結(jié)果：矢量控制電機(jī)起動(dòng)和加速過(guò)程正常，但因?yàn)檗D(zhuǎn)榖負(fù)載的因素，在給定轉(zhuǎn)矩超過(guò)負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，仍然出現(xiàn)轉(zhuǎn)速突然上升的現(xiàn)象。對(duì)、作如下分析：1）分析穩(wěn)態(tài)下、對(duì)磁場(chǎng)電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的影響。即有下述結(jié)果：幅值增大，轉(zhuǎn)矩電流分量增大；幅值增大，磁場(chǎng)電流分量增大。矢量控制系統(tǒng)的精髓即使能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩的分別控制。m2。m） 圖24 電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線（Hz）圖25 磁場(chǎng)電壓控制量（V） 圖26 轉(zhuǎn)矩電壓控制量（V）通過(guò)上述仿真分析可以得出以下結(jié)論：① 由圖選取適當(dāng)?shù)腜I參數(shù)可以使得反饋的磁場(chǎng)電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量跟隨給定值變化。交流異步電機(jī)參數(shù)計(jì)算及分析（1）交流異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)特性分析三相交流異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路如圖27所示：圖27 交流異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路由電機(jī)穩(wěn)態(tài)等值電路，忽略定子壓降，即，可以寫(xiě)出以下定子電流方程： 額定工況下，同步頻率Hz，即額定同步旋轉(zhuǎn)速度rpm，額定電機(jī)轉(zhuǎn)速rpm，滑差可計(jì)算為： 相關(guān)電機(jī)參數(shù)為：、mH、mH、mH、 mH 、mH。m，因而計(jì)算結(jié)果基本相近。由圖27電機(jī)等效電路，可得到和的關(guān)系如下：變換后可得到： 由上述公式得到和的關(guān)系如下曲線如圖29所示：圖29 定子電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線對(duì)上述定子電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系作適當(dāng)變換，忽略定子漏感的影響，可以得到： 考慮實(shí)際電機(jī)運(yùn)行時(shí)參數(shù)變化的影響，對(duì)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)做出適當(dāng)修正，定子電流與勵(lì)磁電流關(guān)系表示為： 試驗(yàn)得到的定子電流和勵(lì)磁電流關(guān)系以及由上式得到關(guān)系如圖30所示：圖30 滑差頻率與定子電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線式中取A，s，由0~6Hz。交流異步電機(jī)實(shí)際是一種通過(guò)磁場(chǎng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的裝置，轉(zhuǎn)子磁鏈通過(guò)感應(yīng)產(chǎn)生，同時(shí)定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的存在著相互作用。如果對(duì)通入電機(jī)的三相交流電壓進(jìn)行坐標(biāo)變換，則最終可以得到定子電壓在轉(zhuǎn)子磁鏈定向的坐標(biāo)上的兩個(gè)分量，即磁場(chǎng)電壓分量和轉(zhuǎn)矩電壓分量，分別用于產(chǎn)生定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩。本控制系統(tǒng)中采用靜止勵(lì)磁控制方式，通過(guò)矢量控制的閉環(huán)控制，先通入磁場(chǎng)電壓分量，在定子繞組中先建立磁場(chǎng)，然后通入轉(zhuǎn)矩電壓分量，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)。前饋解耦控制用公式表示如下：上式中，令： 則有： （4）轉(zhuǎn)差頻率計(jì)算和同步旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算本系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差頻率通過(guò)給定磁場(chǎng)電流和給定轉(zhuǎn)矩電流計(jì)算得出： 由計(jì)算得到的和反饋量，可得電機(jī)定子頻率，同步旋轉(zhuǎn)角由積分得到，即。圖34 電壓空間矢量圖及第3扇區(qū)工作周期的分配在線性工作區(qū)對(duì)于不同扇區(qū)對(duì)應(yīng)的工作周期按下表取值：表2 在線性工作區(qū)扇區(qū)號(hào)與工作周期對(duì)照表扇區(qū)號(hào)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥZYZXXYYXXZYZ在非線性區(qū)飽和情況下的計(jì)算： 其中PWMPRD為周期寄存器的值，在控制程序中該值為1000。圖35 第3扇區(qū)PWM模式和工作周期
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