【導(dǎo)讀】,ithasbeethe. andeqi

　　

【正文】 流凋速系統(tǒng)所用的控制器，產(chǎn)生勵(lì)磁電流的給定信號(hào) *eqsi 和電樞電流的給定信號(hào) *edsi ，經(jīng)過反旋轉(zhuǎn)變換 VR1 得到 *eqsi 和*edsi ，再經(jīng)過 2S／ 3S變換得到 *Ai 、 *Bi 、 *Ci 。把這三個(gè)電流控制信號(hào)和由控制器得到的頻率信號(hào) 1? 加到電流控制的變頻器上，即可輸出異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速所需的三相變頻電流。 10 本系統(tǒng)以單片機(jī) 8OC196為控制器，由定子三相電流檢測(cè)單元、鍵盤輸入單元、 LCD顯示單元、模擬轉(zhuǎn)速給定單元、定子三相電壓檢測(cè)單元、轉(zhuǎn)速反饋單元、控制信號(hào)輸出單元等部分組成。如圖 2所示，系統(tǒng)是以16位單片機(jī) 80C196為控制核心，由一些硬件模擬電路組成異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制變頻凋速系統(tǒng)。一方面，通過 8OC196 的 A／ D模塊獲得轉(zhuǎn)速給定及測(cè)速反饋的速度信號(hào)，經(jīng)過速度調(diào)節(jié)器獲得飽和限幅的轉(zhuǎn)矩給定，從而獲得給定的轉(zhuǎn)矩電流；利用函數(shù)發(fā)生器獲得給定轉(zhuǎn)子磁通，經(jīng)磁通觀測(cè)獲得實(shí)際轉(zhuǎn)子磁通，再經(jīng)磁通調(diào)節(jié)獲得定子電流給定勵(lì)磁分量電流，然后經(jīng)過 K／ P變換將給定的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流合成，得到定子電流的幅值和相位 ，定子電流的幅值與電流互感器的檢測(cè)電流相比較后通過電流調(diào)節(jié)器去控制定子電流的大??；另一方面，定子電流的頻率是把計(jì)算得到的同步速度轉(zhuǎn)換為控制逆變器的時(shí)間常數(shù)，用定時(shí)器定時(shí)，通過單片機(jī)上的 P1口，送出觸發(fā)字來完成逆變器的觸發(fā)。 本系統(tǒng)硬件電路主要由交一直一交電流型變頻器電路、逆變晶閘管觸發(fā)電路、整流晶閘管觸發(fā)電路、速度給定與測(cè)速反饋電路、電流環(huán)調(diào)節(jié)電路、保護(hù)電路等典型電路組成；軟件設(shè)計(jì)主要包括：速度調(diào)節(jié)器控制和磁通檢測(cè)與調(diào)節(jié)兩部分。 4． 1交一直一交電流型變頻器電路 系統(tǒng)的主回路采用圖 3所示的交一直一交變頻器，由圖可知它具有以下主要特點(diǎn)： 1)主回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的元器件少。便于四象限運(yùn)行，當(dāng)再生發(fā)電制動(dòng)時(shí)，主回路電流方向不變，只改變電壓極性，整流器工作于逆變狀態(tài)，逆變器工作于整流狀態(tài)?？煞奖愕倪M(jìn)入逆變，進(jìn)行再生制動(dòng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。而電壓型變頻器必須另接一組逆變器才能進(jìn)行再生制動(dòng)，把電能回饋給電網(wǎng)。 2)由于中間采用的是電抗器，故具有限流作用，是恒流源。再加上本系統(tǒng)設(shè)有電流環(huán)調(diào)節(jié)、限流，所以可耐受負(fù)載瞬時(shí)短路，自動(dòng)進(jìn)行保護(hù)，從而提高了過流保護(hù)和運(yùn)行可靠性。 3)此電流型逆變器帶強(qiáng)迫換流，電流 型逆變器所控制的是輸出電流瞬時(shí)值，符合交流電動(dòng)機(jī)矢量控制的要求。換流電容器的充放電電流由直流回路的濾波電抗器所抑制，不像電壓型逆變器中有較大的浪涌電流，故換流電容器的利用率較高。 4)電流型逆變器與負(fù)載電動(dòng)機(jī)形成一個(gè)整體，電動(dòng)機(jī)繞組的儲(chǔ)能也參與換流，故其換流能力依賴于負(fù)載電流，而較少依賴于逆變器電壓，因此有一定的負(fù)載能力。 逆變晶閘管觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路如圖 4所示。逆變觸發(fā)信號(hào)由單片機(jī) 8OC196的 P1口控制，轉(zhuǎn)差信號(hào)在單片機(jī)內(nèi)經(jīng) PWM調(diào)節(jié)后由 P1 I： I輸出，經(jīng)光電隔離器隔離放大，去 控制逆變晶閘管的觸發(fā)端。本系統(tǒng)用 P1． 6作為控制端，用 P1． OP1． 5作為另一端分別控制 6個(gè)逆變晶閘管，故逆變晶閘管觸發(fā)電路由 6個(gè)如圖 4所示的電路組成。逆變晶閘管觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路原理如下： 由 P1口輸出的 PWM經(jīng)與門后是高電平信號(hào)時(shí)，光電 11 隔離管不導(dǎo)通，復(fù)合管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，變壓器左邊形成回路，并且此信號(hào)經(jīng)復(fù)合管功率放大 (電流放大 )；當(dāng)從 P1口輸出的 PWM經(jīng)與門后為低電平時(shí)，光電隔離管導(dǎo)通，復(fù)合管基極電流幾乎為零，復(fù)合管處于截止?fàn)顟B(tài)，變壓器左邊就不會(huì)形成回路；這樣，復(fù)合管就相當(dāng)于一個(gè)電子開關(guān)，這個(gè)開關(guān)的通斷頻 率由PWM 的頻率決定，從而使變壓器左邊形成交流信號(hào)，經(jīng)變壓器降壓、半波整流、濾波后去觸發(fā)逆變晶閘管。 4． 3 電流環(huán)調(diào)節(jié)電路 由 8OC196經(jīng)過矢量計(jì)算，再由它的 D／ A模塊輸出電流給定，由電流檢測(cè)電路檢測(cè)到反饋電流，同時(shí)把他們送人到模擬器件的 Pl調(diào)節(jié)器中進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除靜差并能提高調(diào)節(jié)速度。模擬器件的輸出作為整流觸發(fā)的移相控制信號(hào)。電流環(huán)調(diào)節(jié)電路如 5圖所示。 4． 4 速度調(diào)節(jié)器控制 速度調(diào)節(jié)器采用雙?？刂啤ＴO(shè)定一個(gè)速度誤差值 NT，當(dāng)系統(tǒng)大于此偏差狀態(tài)下 (大于 1O％ 的額定頻率 )，作為開始段粗定位，采用開關(guān) 式的砰一砰控制，這時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處于限幅狀態(tài)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，使電流環(huán)處于最大恒值電流調(diào)節(jié)。因而，能夠充分發(fā)揮電機(jī)的過載能力，使系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程盡可能最快。當(dāng)系統(tǒng)偏差已經(jīng)進(jìn)入很小的范圍時(shí)，使系統(tǒng)由開關(guān)式的砰一砰控制，轉(zhuǎn)換成 PI 線性控制。這樣，集中了非線性和線性控制的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)即滿足穩(wěn)定性又滿足精確性。速度調(diào)節(jié)器功能流程圖如圖 6所示。 4． 5 磁通調(diào)節(jié) 采用轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)易受電機(jī)參數(shù)變化的影響，使實(shí)際磁通與給定磁通發(fā)生偏差。故本系統(tǒng)中對(duì)磁通幅值進(jìn)行了觀測(cè)和反饋，對(duì)轉(zhuǎn)子的磁通進(jìn)行調(diào)節(jié)，使實(shí)際磁通跟隨給定磁 通變化。磁通調(diào)節(jié)器也象速度調(diào)節(jié)器一樣，使用 PI調(diào)節(jié)器。它的離散化公式為： niSimmm tneTneknini /)}()({)1()( ????? (1) 外加一個(gè)外催器進(jìn)行預(yù)報(bào)校正： )1()(2 ??? niniI mmm (2) 式中為 mk 比例系數(shù)， nt 為積分系數(shù)， sT 為采樣周期， mI 為實(shí)際輸出值。 )1()( ???? nenee n (3) )()( 2*2 nne n ???? (4) 當(dāng)在低頻時(shí) (f5HZ)，由于 1r 不可忽略， 1V 和 1E 相位相差增大，原近似地認(rèn)為 1V ≈ 39。1V 不再成立。 由近似的轉(zhuǎn)子磁通觀測(cè)器，由式子 1101112 /)( LIrIVLI mTmm ????? ?來觀測(cè)磁通幅值，只能對(duì)磁通開環(huán)控制，即由給定磁通來計(jì)算，即 mm LI /*2?? 。另外，為了使電機(jī)不至于失凋或過分弱磁及強(qiáng)磁， 12 在軟件編制中，對(duì) mi 輸出進(jìn)行限幅，使之在額定值 75％～ 115％內(nèi)。 本文研究了異步電動(dòng)機(jī)的 矢量 榨制變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用了單片機(jī) 80C196 和外圍 硬件電路有效地完成了異步電 動(dòng)機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)設(shè)汁，達(dá)到了適時(shí)地控制要求。從對(duì)異步電動(dòng)機(jī) 矢量控制凋速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)來看，矢量控制系統(tǒng)設(shè)汁思路清晰、調(diào)速性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有很廣的用途和很好的 發(fā)展前景。 本文作者的 的創(chuàng)新點(diǎn)： 1) 利 用 80C196單片機(jī)本 身的 A／ D、 D／ A分別完 成轉(zhuǎn) 速和電壓數(shù)據(jù)采集及對(duì)控制信號(hào)的輸出，有效地節(jié)省了元器件的使用。 2) 電流型逆變器采用強(qiáng)迫換流，最高工作頻率不受電網(wǎng)工頻限制， 調(diào)速范圍寬。 3) 系統(tǒng)的控制思想是采用恒磁通控制。以保持磁通的恒定，設(shè)計(jì)中采用定子物理量電壓幅值來近似的觀測(cè)磁通幅值，以克服參數(shù)變化對(duì)磁通的影響 。此方法實(shí)施簡(jiǎn)便有效。 圖 1 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 13 圖 2 系統(tǒng)框圖 圖 3 交一直一交電流型變頻器電路 圖 4 逆變晶閘管觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路 14 圖 5 電流環(huán)調(diào)節(jié)電路 圖 6 磁通調(diào)節(jié)流程圖 15 參考文獻(xiàn) [1]李大，楊慶東，劉泉基于 DSP交流永磁同步直線電機(jī)矢量控制系統(tǒng) [J]．微計(jì)算機(jī)信息， 2021(09— 2)：195— 196 [2]劉偉關(guān)于矢量控制電流環(huán)復(fù)合控制的應(yīng)用設(shè)計(jì) [J]微計(jì)算機(jī)信息， 2021(07— 1)： 68— 70 [3]趙濤，姜衛(wèi)東，陳權(quán)，等．基于雙?？刂频挠来胖绷麟姍C(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研 究 [J].電力電子技術(shù)， 2021，40(5)： 32— 34 [4]Hisao Kubota and Kouki Matsuse ” Speed Sensor less Field— Oriented Control of Induction Motor with Rotor ResistanceAdaptation lEEE Trans Ind Appl， vol 30． NO S， PP． 1219— 1224,