【正文】 器件的選擇 由圖 31可知需要進(jìn)行以下器件的選擇： 在 PWM VSR 。 整流變壓器的設(shè)計(jì) 由電動(dòng)機(jī)的原始數(shù)據(jù)， 1NU =660V,故變壓器的二次側(cè)線電壓為 660V。 TMψ ri sα ( A )di s ti s m 圖 216 反向回饋矢量圖安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 3 PWM 整流器設(shè)計(jì) PWM 整流器的主電路元器件參數(shù)計(jì)算及選擇 原始參數(shù) 本設(shè)計(jì)中給 出的交流鼠籠電動(dòng)機(jī)原始參數(shù)為 ： NP =300KW, NU =660V, 1NI =280A，Nn =980rpm。這也就是說(shuō)，回饋制動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子邊送過(guò)來(lái)的電磁功率 MP ，除了定子繞組上銅耗 1cup 消耗外，其余的回饋給電源。而 22 2222c o s 0rsr xs??????? ?????? 22 2 2 2rE I j I xs? ? ?? ? ?? ??? 根據(jù)以上兩式，畫(huà)出正向回饋制動(dòng)是異步電動(dòng)機(jī)的向量圖，如圖 215 所示。電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩為拖動(dòng)性轉(zhuǎn)矩。 由三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作 在第一象限時(shí)，電動(dòng)機(jī)為正向電動(dòng)狀態(tài)，其矢量圖如 213 所示。 異步電動(dòng)機(jī)四象限運(yùn)行狀態(tài) 三相異步電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)的定義方法與直流電動(dòng)機(jī)是一致的，若電磁轉(zhuǎn)矩 T與轉(zhuǎn)速 n的方向一致時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，若電磁轉(zhuǎn)矩 T 與轉(zhuǎn)速 n 的方向相反時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。這三個(gè)交流量經(jīng) PWM調(diào)制電路得到逆變器六個(gè)橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 s i ni ai c3 / 2變換i sai sbc o ss i n Ф sc o s Ф s2 s / 2 r變換i st/Ф sω rω rω s? ω s1 / pTr /LmL m /( T rp + 1 )i smi b 圖 212 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型 轉(zhuǎn)差角速度 s?? 與 sti 的關(guān)系為 ： ms st s rrrL iT? ? ??? ? ? （ 231） 由此可得旋轉(zhuǎn)磁通鏈的同步角速度 s? ，經(jīng)積分運(yùn)算得到磁鏈軸的空間位置角 s? 。 1 *λi α . β *i R . S . T *U n 圖 211 電流模型的矢量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 sei? 、 smi? 到 si?? 、 si?? 的兩相旋轉(zhuǎn)變換關(guān)系為： 2c o s s i n 2s i n c o ss s s sm smrsss se sei iiC si ??????? ????? ? ? ? ???????? ? ? ? ???? ? ? ????? ? ? ? ??? （ 229） si?? 、 si?? 到 sAi? 、 sBi? 、 sCi? 的兩相 — 三相關(guān)系式為 ： 23012 1 33 2 21 32 2sAsssBsssCiiiiCiii????????????????? ??? ? ? ??? ??? ? ?? ? ? ??? ?? ? ? ? ??? ? ? ? ??????? ? ??? ? （ 230） 在旋轉(zhuǎn)變換中用到的磁鏈軸的空間位置角 s? 由電流模型得到。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中有個(gè)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 內(nèi)環(huán)即磁鏈控制環(huán)，通過(guò)電壓模型檢測(cè)到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈 r? 與期望值 r?? 相比較（對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載， r?? 為固定值），經(jīng)過(guò) ASR 調(diào)節(jié)，其輸出電壓作為定子電流的勵(lì)磁分量期望值 smi? 。由于 ASR 為 PI調(diào)節(jié)器，可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。外環(huán)為速度環(huán)，速度調(diào)節(jié)器ASR 的輸出是拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩期望值 eT? 。所以可分別對(duì)電流轉(zhuǎn)矩分量 sti 、勵(lì)磁分量 smi 進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的控制。 而轉(zhuǎn)子磁鏈與 smi 的關(guān)系為 rr r m smtdT L id? ??? （ 223） mrrrrrLLLT RR???? （ 224） 式中， mL —— 定子繞組的互感； rT —— 轉(zhuǎn)子繞組時(shí)間常數(shù)； rR —— 轉(zhuǎn)子繞組電阻； rL? —— 轉(zhuǎn)子繞組漏阻。 s? 在定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) se ，其中 1sm sme ???? （ 218） 1st sme ??? （ 219） 3）在 MT 坐標(biāo)系中定子電壓的計(jì)算 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 20 21 1mrs m s s m s m s t s s s m s mrLRpu R I R L p i eTp? ? ??????????? ? ? ? ? ? ?????? (220) 2()mst s s st strLu R L p i eL??? ? ? ????? (221) 4）轉(zhuǎn)矩 在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 MT中，將定子電流 si 分解為 sti 、勵(lì)磁分量 smi 。 Ti s ti si s mdψ sαφ sθλ 圖 210 異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁通定向控制的矢量圖 由（ 216）、（ 217）兩式得轉(zhuǎn)子合成磁鏈 r? ， r? 與 M 同軸。 ??是靜止的二相坐標(biāo)系，其中 ? 軸與三相定子繞組的 ? 軸重合， d 軸與 ? 軸之間的夾角 ?轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子繞組的 ? 軸之間的位置角， M 軸與 d 軸之間的夾角 ()s r td? ? ???? 。圖中，坐標(biāo)系 MT的磁鏈軸 M位于轉(zhuǎn)子磁鏈 r? 的軸線上，定子電流矢量 si 是等效的定子電流空間矢量，由三相定子電流 sai 、 sbi 、 sci 合成，它們都以同步速 s? 旋轉(zhuǎn)。為了檢測(cè)變頻器的三相輸出電流，需設(shè)置三只霍爾電流傳感器。這種兩電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于較小的場(chǎng)合，如 660V 電壓等級(jí)的井下防爆絞車(chē)或矸石山絞車(chē)。 變頻器的理論分析 異步電動(dòng)機(jī)定向矢量控制理論 異步電動(dòng) 機(jī)交直交矢量控制系統(tǒng)的主電路如圖 29所示。由于 d軸與矢量 E重合， Ed=E， Eq=0。 uG的正跳為 θ 的起始點(diǎn)。 由式（ 23）可得 22c o s s in c o s ( )33p a p d p d pu u u u? ? ? ???? ? ? ? ? ? ??? （ 27） 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 顯然， upa比 ea滯后 ? ，這與幅相控制理論是吻合的。根據(jù)電壓空間矢量的概念， θ 就是交流電源的相位角 ω t。 同理，被調(diào)制的三相交流電壓 upa 、 upb、 upc 與經(jīng)坐標(biāo)變換得到的調(diào)制電壓空間矢量 up的兩個(gè)分量 upd、 upq之間的關(guān)系為 00c os sin2c os ( 12 0 ) sin ( 12 0 )3c os ( 12 0 ) sin ( 12 0 )papdpbpqpcu uu uu?????? ??? ??????? ? ? ? ?????????? ? ? ????? （ 23） 三相交流電流 ia、 ib、 ic與經(jīng)坐標(biāo)變換得到的電流空間矢量 i 的兩個(gè)分量 id、 iq之間的關(guān)系為： 00c o s sin2c o s( 1 2 0 ) sin ( 1 2 0 )3c o s( 1 2 0 ) sin ( 1 2 0 )adbqci ii ii????????? ?????? ? ? ? ? ???????? ? ? ??? ?? （ 24） 由式 （ 22） ～式（ 24） 求出 ea、 upa、 ia，然后代入式（ 21），可得到 dp d d d qtdiu E L R i L idi ?? ? ? ? （ 25） dpd d qtdiu L R i Lidi ?? ? ? ? （ 26） 式（ 25）、式（ 26）表示在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中調(diào)制電壓 upd、 upq與交流電源的電壓空間矢量的幅值 Ed、電流有功分量與無(wú)功分量之 間的關(guān)系 。矢量圖如圖 25所示。E是空間電壓矢量的幅值，與相電壓幅值對(duì)應(yīng)。在以 ω 速度旋轉(zhuǎn)的直角坐標(biāo)系 dq中，定義 d 軸與 E軸重合。 借助于三相對(duì)稱交流電源的空間電壓矢量概念，由三相交流電壓 ea、 eb、 ec合成以同步速 ω 旋轉(zhuǎn)的空間電壓矢量 E。前者的技術(shù)性能不如后者。前者是通過(guò)對(duì)交流回路計(jì)算得到 up的大小和相位，后者是通過(guò)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中計(jì)算 up 的兩個(gè)分量 upd、 upq。 矢量控制理論 對(duì)于 PWM 整流器的控制 ，主要是控制調(diào)制電壓 up。 電流響應(yīng)。啟動(dòng)時(shí)電流開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)輸出直流電壓跟隨時(shí)間為 秒，無(wú)超調(diào)，但有明顯波動(dòng)，而電流閉環(huán)控制系統(tǒng)跟隨時(shí)間減 少至 秒，有少許超調(diào)，但只波動(dòng)一次，波形較平滑。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 A C D RA C Q RL?L*di *qi + dE+矢量運(yùn)算S P W M調(diào) 制A U R同 步*dudu *pqu*pduup a*up b*up c*+id 、iq檢 測(cè)~UdUd檢 測(cè)?E d 檢 測(cè)idiqia , b , c*?tgL++ 圖 26 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 從圖中可見(jiàn)：電流閉環(huán)控制系統(tǒng)比起電流開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)性能有了明顯的改善。為提高系統(tǒng)的跟隨性能和抗擾性能，增加前饋控制環(huán)節(jié)。 3/2 變換矩陣見(jiàn)下式： 112233221203ii???? ??? ?? ??? ???? ? 旋轉(zhuǎn)變換矩陣見(jiàn) 下式： c o s s ins in c o sdqi ii i??????? ??????? ??????????? ACDR 調(diào)節(jié)器是調(diào)節(jié) id的，采用 PI調(diào)節(jié)器，調(diào) 節(jié)器的輸出量 upd1*。 電壓閉環(huán)、電流閉環(huán)控制的整流器結(jié)構(gòu)如圖 26 所示。若 φ *=0， iq*=0 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 RSL ?L??RSL ??tg*di*qi++++dE *pdu+ qE+矢量運(yùn)算S P W M調(diào) 制A U R同 步 電 路*du du*pqu*pduup a*up b*up c*+電 壓 檢 測(cè)~UdUd檢 測(cè)?L? 圖 25 電壓閉環(huán)、電流開(kāi)環(huán)的 PWM 整流器系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) 由式（ 25）、式（ 26）的運(yùn)算可得到在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的調(diào)制電壓 upd*、 upq*，經(jīng)矢量運(yùn)算得到三相調(diào)制電壓期望值 upa*、 upb*、 upc*，再經(jīng)正弦波脈寬調(diào)制電路，得到六相調(diào)制脈沖，去驅(qū)動(dòng)六個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)器件。調(diào)節(jié)器的輸出量表示期望的交流電流有功分量 id*。 控制系統(tǒng)理論分析 1） 電流開(kāi)環(huán)、電壓閉環(huán) 控制系統(tǒng)理論分析 ： 根據(jù)式（ 25）、式（ 26）可建立直流電壓 ud閉環(huán)、電流開(kāi)環(huán)的 PWM 整流器的系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖 25所示 若作為整流器使用，希望直流輸出電壓 ud穩(wěn)定，因此采用 ud閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。整流器為純感性負(fù)載?？捎米鳠o(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。 3）容性負(fù)載 相量圖的圖 23(3), paU. 比 .aE 滯后 δ ， .aI 比 .aE 超前 90186。 2）逆變狀態(tài) 相量圖的圖 23(2), paU. 比 .aE 超前 δ ， .aI 與 .aE 反相，功率因 數(shù)角 φ 為 180186。 圖 24 調(diào)節(jié) upa時(shí)的 ea與 ia相量圖 1）整流狀態(tài) 相量圖的圖 23(1), paU. 比 .aE 滯后 δ ， .aI 與 .aE 同相，功率因數(shù)角 φ 為 0186。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 IaE