交流異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)總結(jié)報(bào)告(編輯修改稿)
2025-06-09 22:16 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。對(duì)于解耦環(huán)節(jié)，采用前饋控制方式，即通過(guò)給定磁場(chǎng)電流、給定轉(zhuǎn)矩電流和電機(jī)同步轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算，用公式表示如下：當(dāng)出現(xiàn)控制量、隨著轉(zhuǎn)速上升分別向各自飽和方向變化，并最終達(dá)到最大值時(shí)，PI調(diào)節(jié)器為能夠很好地補(bǔ)償解耦環(huán)節(jié)輸出量對(duì)、的影響。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。根據(jù)下列、的穩(wěn)態(tài)公式：由上式可以看出，當(dāng)同步角頻率不斷增大時(shí)，占的比例不斷變小，當(dāng)很大時(shí)，可忽略，因而變化，直接影響到電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流分量，且為負(fù)值；同理對(duì)于，當(dāng)很大時(shí)，可忽略，因而變化，直接影響到電機(jī)磁場(chǎng)電流分量，且為正值。由交流異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)下的矢量圖可以得出相同的結(jié)論：在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的第二象限，即為負(fù)值，為正值。當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，即向負(fù)值增大，向正值減小，跟隨作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因而減小，增大。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。這與上部分根據(jù)穩(wěn)態(tài)公式分析結(jié)果相同。出現(xiàn)上述結(jié)果是由于交流異步電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子相互間的強(qiáng)耦合作用引起的，通過(guò)對(duì)控制量采用解耦補(bǔ)償?shù)拇胧瑏?lái)抵消電機(jī)本身的這種強(qiáng)耦合作用。當(dāng)PI調(diào)節(jié)器參數(shù)適當(dāng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)控制給定磁場(chǎng)電流分量的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)的控制；控制給定轉(zhuǎn)矩電流分量的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制。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。 （a） （b）圖4 交流異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)矢量圖2）分析PI調(diào)節(jié)器輸出對(duì)控制量、的影響當(dāng)PI參數(shù)選擇適當(dāng)時(shí)，可以控制實(shí)現(xiàn)PI輸出電壓、補(bǔ)償解耦環(huán)節(jié)對(duì)控制量、的影響。以下采用仿真來(lái)討論：具體電機(jī)參數(shù)為：kW、rpm、Nm、A、mH、mH、mH、kgm2。采用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)的控制方式，牽引逆變器開(kāi)關(guān)頻率kHz，最大調(diào)制深度，中間直流電壓取280V。帶PI調(diào)節(jié)器的仿真結(jié)果如圖5~17所示： 圖5 定子電流分量變化曲線（A） 圖6 定子電流分量變化曲線（A） 圖7 磁場(chǎng)電流分量變化曲線（A） 圖8 轉(zhuǎn)矩電流分量變化曲線（A） 圖9 電磁轉(zhuǎn)矩變化曲線（Nm） 圖10 電機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線（Hz）圖11 磁場(chǎng)電壓調(diào)節(jié)量（V） 圖12 轉(zhuǎn)矩電壓調(diào)節(jié)量（V）圖13 磁場(chǎng)電壓補(bǔ)償量（V） 圖14 轉(zhuǎn)矩電壓補(bǔ)償量（V）圖15 磁場(chǎng)電壓控制量（V） 圖16 轉(zhuǎn)矩電壓控制量（V） 圖17 帶PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)子磁鏈圓（Wb） 圖18 不帶PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)子磁鏈圓（Wb）不帶PI調(diào)節(jié)器的仿真結(jié)果如圖18~26所示： 圖19 定子電流分量變化曲線（A） 圖20 定子電流分量變化曲線（A） 圖21 磁場(chǎng)電流分量變化曲線（A） 圖22 轉(zhuǎn)矩電流分量變化曲線（A） 圖23 電磁轉(zhuǎn)矩變化曲線（Nm） 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。② 選取適當(dāng)?shù)腜I參數(shù)可使得電機(jī)在平穩(wěn)起動(dòng)過(guò)程，系統(tǒng)超調(diào)量小。③ 選取適當(dāng)?shù)腜I參數(shù)可使得反饋電流與給定值之間的靜差得到很好地消除。④ 根據(jù)仿真分析結(jié)果，可確定磁場(chǎng)電壓控制量和轉(zhuǎn)矩電壓控制量的最大值，以及隨轉(zhuǎn)速變化過(guò)程的動(dòng)態(tài)最大值。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。A電磁轉(zhuǎn)矩可表示為： 上式中。代入上述參數(shù)可得到額定工況下的電磁轉(zhuǎn)矩： Nm三易電機(jī)銘牌相關(guān)參數(shù)為：V、A、Nm，因而計(jì)算結(jié)果基本相近。計(jì)算電機(jī)勵(lì)磁電流采用轉(zhuǎn)子開(kāi)路的形式，電機(jī)的等效電路變?yōu)槿鐖D28所示：圖28 轉(zhuǎn)子開(kāi)路時(shí)的異步電機(jī)等效電路 由上述等效電路可得到電機(jī)的勵(lì)磁電流可表示為： 代入相關(guān)電機(jī)參數(shù)可得： A標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)設(shè)計(jì)中，一般取。上述計(jì)算得到：。因而可知，該電機(jī)勵(lì)磁電流在正常范圍內(nèi)。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。（2）交流異步電機(jī)瞬態(tài)特性分析交流異步電機(jī)的瞬態(tài)方程用相量表示如下： 由上述電壓和磁鏈方程可得到交流異步電機(jī)瞬態(tài)等值電路如圖31所示：圖31 交流異步電機(jī)瞬態(tài)等值電路將定子電壓的空間矢量和定子電流的空間矢量向轉(zhuǎn)子磁鏈定向的坐標(biāo)上分解，可以得到轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)下的dq坐標(biāo)方程： 由上述方程可得到交流異步電機(jī)在dq坐標(biāo)系下的瞬態(tài)等值電路如圖3圖33所示：圖32 交流異步電機(jī)在dq坐標(biāo)系下的d軸瞬態(tài)等值電路圖32 交流異步電機(jī)在dq坐標(biāo)系下的q軸瞬態(tài)等值電路根據(jù)上述等效電路，可畫(huà)出交流異步電機(jī)瞬態(tài)矢量圖如圖33所示：圖33 交流異步電機(jī)瞬態(tài)矢量圖由上述對(duì)交流異步電機(jī)瞬態(tài)過(guò)程分析，可得到以下重要關(guān)系式：① 轉(zhuǎn)子磁鏈與定子電流d軸分量的關(guān)系：
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