交流異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)總結(jié)報(bào)告-展示頁
2025-05-22 22:16本頁面
【正文】 場電壓控制量包含兩部分，一部分是PI調(diào)節(jié)器輸出量，一部分為解耦環(huán)節(jié)輸出；轉(zhuǎn)矩電壓控制量包含兩部分，一部分是PI調(diào)節(jié)器輸出量，一部分為解耦環(huán)節(jié)輸出。試驗(yàn)結(jié)果：矢量控制電機(jī)起動(dòng)和加速過程正常，但因?yàn)檗D(zhuǎn)榖負(fù)載的因素，在給定轉(zhuǎn)矩超過負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，仍然出現(xiàn)轉(zhuǎn)速突然上升的現(xiàn)象。處理辦法：電流傳感器因空間限制，在安裝時(shí)出現(xiàn)反向安裝。 磁場電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量通過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。同時(shí)轉(zhuǎn)矩電流分量的不斷增大，根據(jù)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩公式，電磁轉(zhuǎn)矩必然上升。原因分析：該矢量控制系統(tǒng)對(duì)磁場電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的反饋值分別與給定磁場電流分量和給定轉(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)器輸出磁場電壓控制量和轉(zhuǎn)矩電壓控制量。7月30號(hào)~8月2號(hào)交大調(diào)試總結(jié)（1）矢量控制電機(jī)起動(dòng)過程平穩(wěn)，很小的轉(zhuǎn)矩命令隨時(shí)間增加可以產(chǎn)生很高的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)加速至4000rpm時(shí)，出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速突然上升。減小給定磁通電流可以從根本上消除磁通飽和。 （4）上述措施從不同方面來減小磁通反饋值，使磁通不出現(xiàn)飽和。（3）對(duì)于給定磁通電流采取如下措施：通過判斷磁通是否達(dá)到飽和值來判斷是否對(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。采用滑差頻率通過反饋值得到，則可以在磁通出現(xiàn)飽和時(shí)，通過降低滑差來減小電機(jī)相電流。試驗(yàn)結(jié)果：電流波動(dòng)依然存在，效果不明顯。改進(jìn)措施：試驗(yàn)中為消除磁通飽和的影響，采取了以下措施：（1）矢量控制系統(tǒng)采用如下框圖，其中給定轉(zhuǎn)矩電流由給定轉(zhuǎn)矩直接得到，在這種情況下，如果磁通出現(xiàn)飽和，當(dāng)磁通調(diào)節(jié)器不能實(shí)現(xiàn)磁通的調(diào)節(jié)時(shí)，可以通過降低給定轉(zhuǎn)矩來減小電機(jī)相電流。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。7月26號(hào)~7月29號(hào)試驗(yàn)問題：電機(jī)啟動(dòng)過程平穩(wěn)，電流上升較為緩慢，當(dāng)電機(jī)加速至1000rpm~2000rpm時(shí)，電機(jī)三相電流出現(xiàn)波動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，使車輛出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。一般要求上拉電阻靠近DSP輸入端口。同時(shí)，對(duì)輸入的正交脈沖信號(hào)需作適當(dāng)處理，可采用施密特觸發(fā)器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行整形處理。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。通過檢測A、B兩相正交編碼信號(hào)是否正常，檢測正交編碼輸入口至DSP信號(hào)輸入端是否有斷路。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測不準(zhǔn)確，造成電流閉環(huán)控制失效。試驗(yàn)結(jié)果如下表所示：f1（Hz）427490114160200Ud（V）50100110140172190V1（V）42/20050=1074/200100=3790/200110=50114/200140=80160/200172=138200/200190=190由上表得出V/f1試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可繪出全頻率范圍的V/f1曲線如下所示：圖2 三易電機(jī)測試V/f1曲線根據(jù)以上試驗(yàn)曲線，考慮到低頻時(shí)定子電阻壓降，采用以下控制方式： 由上述方程得到的V/f1控制曲線如下圖所示：圖3 開環(huán)控制中給定V/f1曲線試驗(yàn)結(jié)果：根據(jù)上述V/f1控制產(chǎn)生SVPWM，電機(jī)在全速度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。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。從電感量可以看出，該電機(jī)為高飽和電機(jī)，這類電機(jī)工作時(shí)，很小的勵(lì)磁電流就能夠產(chǎn)生很高的磁通，即磁通很容易飽和。（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3000rpm時(shí)，電機(jī)運(yùn)行正常。處理辦法：試驗(yàn)采用空載或低負(fù)載起動(dòng)，起動(dòng)后加負(fù)載；當(dāng)電機(jī)超過額定轉(zhuǎn)速進(jìn)入弱磁區(qū)時(shí)，適當(dāng)降低負(fù)載，以提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，增大電機(jī)軸輸出功率。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。相對(duì)于牽引電動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)負(fù)載可表示為：由上述負(fù)載公式可知，制動(dòng)力矩正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速，且與成反比。（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)。處理辦法：調(diào)整PI參數(shù)。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)。試驗(yàn)結(jié)果：電機(jī)可在母線電壓為312V下平穩(wěn)起動(dòng)。然而，如果靜止勵(lì)磁過程中，給定磁通電流分量過大，則容易引起起動(dòng)過程中的磁通飽和，使電機(jī)起動(dòng)過程出現(xiàn)振動(dòng)，電流波動(dòng)大，甚至引起相電流保護(hù)。電機(jī)起動(dòng)時(shí)，采用靜止勵(lì)磁方式，即先通入磁通坐標(biāo)軸上電流，待電機(jī)氣隙中建立一定的磁場后，再施加轉(zhuǎn)矩坐標(biāo)軸上電流。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)。③ 運(yùn)用矢量控制軟件測試電機(jī)空載運(yùn)行情況，最高轉(zhuǎn)速、峰值功率及系統(tǒng)效率等。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開環(huán)控制軟件測試系統(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)電機(jī)恒磁通運(yùn)行時(shí)，取，為設(shè)計(jì)電感，在輸出轉(zhuǎn)矩不超過3倍的額定轉(zhuǎn)矩時(shí)，變化較小，使實(shí)際轉(zhuǎn)子磁通變化不大。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。由于磁路飽和的影響，增大轉(zhuǎn)子磁通，則需要大大增加。② 對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩的影響磁場定向下，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。由于受磁路飽和的影響，轉(zhuǎn)子磁通不能太高。① 對(duì)轉(zhuǎn)子磁通的影響磁場定向下，轉(zhuǎn)子磁通：標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，一般?。海瑸轭~定工況下定子相電流有效值。實(shí)現(xiàn)框圖如下：磁通模型④ 磁通控制量和轉(zhuǎn)矩控制量分別由各自的電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生，并作為輸入
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