转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真研究 下载本文

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三相异步电机等效为直流电机来控制,因而获得与直流调速系统同样的静、动态性能。矢量控制算法已被广泛地应用在Siemens,ABB,GE,Fuji等国际化大公司变频器上。

采用矢量控制方式的通用变频器不但可在调速范围上与直流电动机相匹配,而且能够控制异步电动机产生的转矩。由于矢量控制方式依据的是准确的被控异步电动机的参数,有的通用变频器在使用时需要准确地输入异步电动机的参数,有的通用变频器则需要使用速度传感器和编码器。鉴于电动机的参数有可能毁会随时发生变化,进而会影响变频器对电动机的控制性能。当前新型矢量控制通用变频器中已经具备异步电动机参数的自动检测、自动辨识和自适应功能,带有这些功能的通用变频器在驱动异步电动机在进行正常的运转之前能够自动地对异步电动机的参数进行辨识,并根据辨识的结果调整控制算法中的相关参数,从而对普通的异步电动机进行有效的矢量控制。 2.1.1异步电动机的矢量控制

它首先经过电动机的等效电路来得出一系列的磁链方程,包括定子磁链、气隙磁链和转子磁链,其中的气隙磁链是连接定子和转子。一般的感应电动机的转子电流不易测量,因此经过气隙来进行中转,把它变成了定子电流。

然后,有一些坐标的变换,首先经过3/2变换,变成静止的d-q坐标,然后经过前面的磁链方程产生的单位矢量能够得到旋转坐标下的类

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似于直流电动机的转矩电流分量和磁场电流分量,这样就实现了解耦的控制,加快了系统的响应速度。

最后再经过2/3变换,产生三相交流电去控制电动机,这样就获得了良好的性能。 2.1.2 矢量控制

矢量控制调速的具体做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib和Ic经过三相-二相的变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1和Ib1,再经过转子磁场定向的旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流,It1相当于和转矩成正比的电枢电流),接着模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度和磁场两个分量进行独立的控制。经过控制转子的磁链方程,然后分解定子电流而获得转矩和磁场这两个分量,再经过坐标变换,实现正交或解耦的控制。

综上所述:矢量控制包括四个部分:等效电路、磁链方程、转矩方程、坐标变换(包括静止和旋转)。

矢量控制方法的提出和发展具有划时代的意义。然而在实际的应用中,由于转子磁链难以被准确的测量,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机的控制过程中所用矢量旋转变换比较复杂,使

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得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。 3 转差频率控制的基本原理

调速系统的动态性能主要取决于其对转矩的控制能力。由于直流电动机的转矩与电流成正比的关系,控制电流即可达到控制转矩的效果,较易实现,而交流异步电动机的转矩控制比直流电动机复杂的多。转差频率矢量控制的目标就是将交流电动机复杂的转矩控制模型转化为类似直流电动机的简单转矩控制模型。从理论上说,矢量控制方式的特征是:它把交流电动机解析成与直流电动机一样,具有转矩发生的结构,按照磁场和其正交的电流的积就是转矩这一最基本的原理,从理论上将电动机的一次电流分离成建立磁场的励磁分量和与磁场正交的产生转矩的转矩分量,然后分别进行控制。 3.1 控制原理叙述

转差频率控制思想[16?21]就是从根本上改造交流电动机,改变其产生转矩的规律,设法在普通的三相交流电动机上模拟直流电动机控制转矩的规律。

异步电动机的基本方程式为:

i1r??s?LrM (3.1) Lm?rLmi1t (3.2) Tr?r10

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i1m?1?TrP?r (3.3)

LmTe?npL1mi1r?r (3.4) Lr式中:i1r、i1m分别为转子电流的转矩分量和励磁分量;Lm、Lr分别为定、转子电感;?r为转子总磁链;?s为转差角频率;Tr为转子时间常数;Te为电磁转矩;np为异步电动机的磁极对数;P为微分算子;L1m为定子绕组漏感。

任何电气传动控制系统均服从以下基本运动方程:

Te?TL?Jd? (3.5)

npdt式中TL为负载转矩,J为电动机转子和系统的转动惯量。

由式(3.5)可知,要提高系统的动态特性,主要是控制转速的变化率

d?dt。显然,经过控制Te就能控制

d?dt,因此调速的动态特性取决于其

正确Te控制能力。

电动机稳态运行时,转差率s很小,因此?s也很小,转矩的近似表示式为:

Te?Km?2m?sR'2 (3.6)

式中:Km为电动机的结构常数,?m为气隙磁通,R2'为折算到定子边的转子电阻。

只要能够保持?m不变,异步电动机的转速就与?s近似成正比,即控

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