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异步电机变频调速在线观测定子磁链的动特性
发布时间:2010.05.29 新闻来源:twt东炜庭电机|东炜庭减速电机|台湾东炜庭生产厂家-厦门东炜庭电机工业有限公司 浏览次数:
 
1 引言
在电压控制的高性能异步电机变频调速中,不论采用何种磁链定向控制方法,正确地给出电机端电压值都十分重要,特别是在包括起动在内的低转速区情况下,这时电机端电压很小,电机定子电流矢量在定子侧电阻上r1所产生矢量电压降成为端电压中的重要组成成分,必须对其幅值大小及相位进行准确计算。然而定子电流矢量与磁链定向轴之间的相角则与转子时间常数t2有关,也即是与电机转子电阻r2有关,但r2与r1值的大小又都随着电机运行温度不同而时时变化,即使搁开电机磁链控制要求,单就如何获得包括起动在内的低转速区的高性能,就已经要求控制系统应具有自适应电机运行温度变化的功能了。但问题还有另一重要方面,在异步电机变频调速中,最重要的问题是如何将电机磁链保持在给定值上并正确定向而不受电机运行温度变化的影响,具体来说就是不受定子侧电阻r1与转子电阻r2随电机运行温度而变化的影响,国际上数十年以来即为了实现此要求而在不懈地进行深入研究。
文献[6]仅从一个角度即从不能自适应转子时间常数t2(亦即是不能自适应电机转子电阻r2)这个角度来进行了定量分析,所得出的结论为:“电机发热严重,甚至烧毁电机,应采取具有电机参数在线辨识的自校正控制和对电机参数具有鲁棒性的自适应控制”。
文献[2]将文献[3]所提出的通过在线定子磁链闭环去自校正定子侧电阻r1的技术和文献[1]所提出的定子磁链在线观测式组合在一起并应用在定子磁链定向矢量控制变频调速中,同时解决了正确建立电机端电压和实现定子磁链定向矢量控制这两个关键问题,而且不受电机定子侧电阻r1及转子电阻r2变化的影响,效果显著,既能在无速度传感器下运行,又能获得很高的起动转矩且起动电流小,从而使变频器的电流容量大为减少和产品成本显著降低。
定子磁链在线观测式的动特性如何,下面将结合动态仿真结果来加以说明。
2 仿真结果及其评述
以下将列出一些重要的动态仿真结果, 图1~图4的动态仿真结果曲线图均是异步电机变频调速在无转矩及无转速闭环下独立运行的最基本的工作方式下所取得的,在此情况下定子频率随着时间的增加而线性地上升,但负载却是变化的。
在图1~图4的动态仿真结果曲线图中,预励磁时间均取为1.4s。r10及r20分别是定子侧电阻r1及转子电阻r2的基值,而r10并不等于r20。
就图1~图4中的每个图分开来看,每个图中的定子磁链观测值曲线都与同图中的定子磁链实际值曲线十分吻合,而不论r1及r2是如何不同和电流、电压、频率是如何变化,这说明定子磁链在线观测式的动特性良好,查其原因,是因为无功功率瞬时值在定子磁链在线观测式中起了主导作用,而定子磁链瞬时值又与无功功率瞬时值直接关联。
从图1~图4总体来看,当预励磁结束以后,定子磁链实际值即自动保持在给定值上,而不论r1及r2是如何不同和电流、电压、频率是如何变化。
3 结束语
预励磁结束后r1即校正到了位,定子磁链定向于d轴也就到了位,定子电流在q轴上的投影也就是转矩电流分量,文献[4]利用此转矩电流分量构成转矩闭环控制,获得了鲁棒性良好的效果。
文献[5]在此基础上又进一步开发出一种新型无速度传感器的异步电机矢量控制变频调速器,由于其主要控制参数都在q轴上,为进行类同于标量的控制方法提供了条件,并因此获得了不同以往的优越性能。
由于定子磁链闭环控制未采用传统的电流控制方法, 因而与转矩电流闭环之间不存在任何复杂的非线性解耦问题。
由于采用定子磁链控制,因而不存在如转子磁链控制那样在加载下出现磁路饱和问题,一旦磁路饱和,电机的自感、互感及漏磁系数都会发生显著变化,如继续沿用原来参数所建立的数学模型去进行控制,则其后果难以预见。
异步电机本身就是一个多变量强耦合的非线性复杂系统,现再加上通过在线定子磁链闭环去自校正定子侧电阻r1的要求,则系统的复杂性就更加深一层。
为了获得如图1~图4所示的良好效果,针对校正亦即调节环节的结构组成、参数选择及采样周期等方面的要求,现已经开发出一整套并行之有效的专有技术。
 
 
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