【正文】 圖44 ApsiR調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) 電動機參數(shù)同表31異步電動機仿真模型參數(shù)的設(shè)定。模型仿真算法為ode23tb,ode23tb在龍格庫塔法的第一階段用梯形法,第二階段用二階的backward differentiation formulas算法。由于仿真模型中采用了雙閉環(huán)的控制方式,系統(tǒng)抗擾動能力較強,因此采用該算法可以在不影響系統(tǒng)精度的前提下,較為迅速地得出仿真結(jié)果。在仿真模型中,給定轉(zhuǎn)速為1400r/min,空載起動,?m。ASR、ATR、ApsiR調(diào)節(jié)器參數(shù)如表41所示。表41 調(diào)節(jié)器參數(shù)參考值 調(diào)節(jié)器 比例放大器放大倍數(shù) 積分放大器放大倍數(shù) 積分器限幅 調(diào)節(jié)器輸出限幅 上限 下限 上限 下限轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR (G1) (G2) 80 80 75 75轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR (G3) 12(G4) 60 60 60 60磁鏈調(diào)節(jié)器ApsiR (G5) 100(G6) 15 15 13 13(1)在給定轉(zhuǎn)速1400r/min時,系統(tǒng)仿真波形如圖45,46所示。 圖45(a)帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)在給定轉(zhuǎn)速1400r/min時,轉(zhuǎn)速響應(yīng),從波形中可以看出,在矢量控制下,在起動階段,轉(zhuǎn)速上升平穩(wěn)。,此時為空載狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速。,給電機加負載,TL60N?m后,電動機轉(zhuǎn)速略有下降。 圖45 1400r/min時帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)仿真波形 圖45(c)為異步電動機轉(zhuǎn)矩波形,空載起動時,起動轉(zhuǎn)矩較大,這時電動機產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩,使得異步電動機的定子電流也比較大。當(dāng)起動結(jié)束后,空載轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速,此時負載轉(zhuǎn)矩很小接近為0。,加上負載后,轉(zhuǎn)速不能突變,電磁轉(zhuǎn)矩增加,電磁轉(zhuǎn)矩Te近似等于負載轉(zhuǎn)矩60Nm。所以所得仿真波形與理論上分析的波形基本一致。 圖45(b)為A相定子電流,圖45(d)經(jīng)過2r/3s變換的A相電流給定值,比較兩者波形可知觀察給定值和測量值波形可知,兩者波形近似相同,即波形始終圍繞著值在規(guī)定的范圍內(nèi)波動。在起動過程中,由于定子電流的轉(zhuǎn)矩和勵磁分量都保持不變,定子電流的給定值、也不變,所以在起動過程中,定子電流基本保持不變,實現(xiàn)恒電流起動。,此時電動機達到空載狀態(tài)下的額定轉(zhuǎn)速,當(dāng)忽略異步電動機T型等效電路中的勵磁支路時,有,所以A相定子電流ia值比較小。?m后,電磁轉(zhuǎn)矩增大,定子電流也隨之增大。 1400r/min時帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)中異步電動機定子磁鏈軌跡和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線如圖46所示。 圖46 1400r/min時系統(tǒng)仿真波形 圖46(a)、(b)分別為異步電動機定子磁鏈軌跡和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線。比較兩者波形可以看出,在起動階段,磁場建立過程比較平滑,磁鏈呈螺旋形增加,最終形成圓形旋磁場。同時電動機轉(zhuǎn)矩也不斷上升,這有賴于磁鏈閉環(huán)矢量控制方式的作用。當(dāng)異步電動機轉(zhuǎn)子磁鏈發(fā)生波動時,電磁轉(zhuǎn)矩不是穩(wěn)定的,電動機轉(zhuǎn)速也受到影響。此時,轉(zhuǎn)子磁鏈調(diào)節(jié)器力圖使轉(zhuǎn)子磁鏈恒定,而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器則調(diào)節(jié)電流轉(zhuǎn)矩分量,以抵消轉(zhuǎn)子磁鏈的變化對電磁轉(zhuǎn)矩的影響,最后達到平衡狀態(tài)。(2)在給定轉(zhuǎn)速1700r/min時,仿真輸出波形 1700r/min時閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)仿真波形如圖448所示。 圖47 1700r/min時系統(tǒng)仿真波形 圖448系統(tǒng)仿真波形總體上和圖446相仿,給定值30*/,通過改變轉(zhuǎn)速給定,來改變轉(zhuǎn)子角速度給定值。圖47(a)帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)在給定轉(zhuǎn)速1700r/min時,轉(zhuǎn)速響應(yīng),從波形中可以看出,在矢量控制下,在起動階段,轉(zhuǎn)速上升平穩(wěn)。,空載狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速接近給定轉(zhuǎn)速1700r/min。,給電機加負載,TL60N?m后,電動機轉(zhuǎn)速略有下降。 圖47(b)為A相定子電流,圖47(d)經(jīng)過2r/3s變換的A相電流給定值,比較兩者波形可知觀察給定值和測量值波形可知,兩者波形近似相同,即波形始終圍繞著值在規(guī)定的范圍內(nèi)波動。在起動過程中,由于定子電流的轉(zhuǎn)矩和勵磁分量都保持不變,定子電流的給定值、也不變,所以在起動過程中,定子電流基本保持不變,實現(xiàn)恒電流起動。,此時電動機達到空載狀態(tài)下的額定轉(zhuǎn)速,當(dāng)忽略異步電動機T型等效電路中的勵磁支路時,有,所以A相定子電流ia值比較小。?m后,電磁轉(zhuǎn)矩增大,定子電流也隨之增大。 圖47(c)為異步電動機轉(zhuǎn)矩波形,空載起動時,起動轉(zhuǎn)矩較大,這時電動機產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩,使得異步電動機的定子電流也比較大。當(dāng)起動結(jié)束后,空載轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速,此時負載轉(zhuǎn)矩很小接近為0。,加上負載后,轉(zhuǎn)速不能突變,電磁轉(zhuǎn)矩增加,電磁轉(zhuǎn)矩Te近似等于負載轉(zhuǎn)矩60N?m。 1700r/min時帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)中異步電動機定子磁鏈軌跡和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線如圖48所示。 圖48 1700r/min時系統(tǒng)仿真結(jié)果 圖48(a)、(b)分別為1700r/min異步電動機定子磁鏈軌跡和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線。比較兩者波形可以看出,在起動階段,磁場建立過程比較平滑,磁鏈呈螺旋形增加,最終形成近似六邊形的旋轉(zhuǎn)磁場。同時電動機轉(zhuǎn)矩也不斷上升,這有賴于磁鏈閉環(huán)矢量控制方式的作用。比較圖48(a)和圖46(a)知,圖46(a)中旋轉(zhuǎn)磁場更加接近圓形,這是因為圖48(a)中PWM開關(guān)頻率設(shè)定值較低,而PWM開關(guān)頻率越高旋轉(zhuǎn)磁場越接近為圓。所以在實際情況中提高PWM開關(guān)頻率,有助于建立圓形旋轉(zhuǎn)磁場。 通過比較1400r/min和1700r/min條件下,帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)仿真結(jié)果,我們可以知道,在兩種條件下,實際電流都能快速的跟隨給定值,充分發(fā)揮了閉環(huán)控制的優(yōu)越性。因為根據(jù)異步電動機矢量變換及等效直流電動機模型可知,轉(zhuǎn)子磁鏈定向?qū)崿F(xiàn)了定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量的解耦,轉(zhuǎn)子的角速度主要受定子電流的轉(zhuǎn)矩分量控制。采用電流閉環(huán)控制,通過改變轉(zhuǎn)子角速度的給定值,通過反饋環(huán)節(jié)可以實現(xiàn)對定子電流轉(zhuǎn)矩分量的控制。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動時,定子電流轉(zhuǎn)矩分量雖然發(fā)生變化,但是由于反饋環(huán)節(jié)的作用,能夠很快的恢復(fù)到擾動之前的狀態(tài)。 縱觀圖44帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速和磁鏈閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)仿真模型,轉(zhuǎn)速給定通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)得到轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器(ATR)的給定轉(zhuǎn)矩,而仿真模型中增加了轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán),和矢量控制方程計算出的反饋信號在轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器(ATR)中作用,得出定子電流的轉(zhuǎn)矩分量給定值。轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的作用是:當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鏈發(fā)生波動時,通過轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器及時調(diào)整電流轉(zhuǎn)矩分量的給定值,以抵消磁鏈變化的影響,盡可能不影響或者少影響電動機轉(zhuǎn)速。另一方面,轉(zhuǎn)子磁鏈給定值為與通過轉(zhuǎn)子磁鏈定向轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型得出的轉(zhuǎn)子磁鏈比較,經(jīng)過轉(zhuǎn)子磁鏈調(diào)節(jié)器ApisR,得出電子電流的勵磁分量。磁鏈調(diào)節(jié)器作用是:力圖使轉(zhuǎn)子磁鏈恒定。ATR和APsiR的輸出分別是定子電流的轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量。和經(jīng)過2r/3s變換后得到三相定子電流的給定值、,并通過電流滯環(huán)控制PWM逆變器控制電動機定子的三相電流。 轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動機矢量控制系統(tǒng)仿真 以上介紹的磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)中,磁鏈幅值和位置信號均由磁鏈模型計算得到,都受電機參數(shù)和變化的影響,造成控制系統(tǒng)的不不準確性。采用磁鏈開環(huán)的控制方式,無需轉(zhuǎn)子磁鏈幅值,但對于矢量變換而言,仍然需要轉(zhuǎn)子磁鏈的位置信號,轉(zhuǎn)子磁鏈的計算仍然不可避免。如果利用給定值間接計算轉(zhuǎn)子磁鏈的位置,可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),這種方法稱為間接定向。間接定向的矢量控制系統(tǒng)借助于矢量控制方程中轉(zhuǎn)差公式,構(gòu)成轉(zhuǎn)差型的矢量控制系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)速采取了轉(zhuǎn)差頻率控制,即異步電動機定子角頻率由轉(zhuǎn)子角頻率組成(+),這樣在轉(zhuǎn)速變化過程中,電動機定子電流頻率始終能隨轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速同步升降,使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)更為平滑。 從矢量控制方程中可以看出,在保持轉(zhuǎn)子磁鏈不變的控制下,電動機轉(zhuǎn)矩直接收定子電流的轉(zhuǎn)矩分量控制,并且轉(zhuǎn)差可以通過定子電流轉(zhuǎn)矩分量計算,轉(zhuǎn)子磁鏈也可以通過定子電流的勵磁分量來計算。在系統(tǒng)中以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量,并通過計算得到。如果采用磁通不變控制,則p=0,而=,。 由于矢量控制方案得到的是定子電流的勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分