基于Matlab的雙饋調速系統研究

1．雙饋調速系統的構成[1]

　　對于繞線(xiàn)式異步電機，定子接有固定頻率(50Hz)的工業(yè)電源，轉子側接有頻率、幅值、相位可調的變頻器電源后即構成雙饋調速系統。在電動(dòng)機的轉軸上裝上轉子頻率檢測器測出轉差頻率，利用此信號及矢量控制技術(shù)即可實(shí)現對變頻電源輸出電壓（電流）幅值、頻率及相位的控制，并使異步電機的調速性能幾乎與直流電動(dòng)機調速性能相媲美。

2．矢量控制的理論基礎

　　為達到良好的調速性能對雙饋電機采取先進(jìn)的矢量控制技術(shù)。矢量控制的實(shí)質(zhì)是在交流電機里構建出直流電機的模型，用直流電機的調速方法對其調速，而為了對真實(shí)的可控量進(jìn)行控制，又須將其變換到原來(lái)所在坐標系的坐標。具體的實(shí)現方法是先求出定子磁鏈的方向，并以該方向為同步旋轉坐標系的dc軸，超前其90º的方向為qc軸，這樣就構成了dc-qc同步旋轉坐標系。對轉子電流進(jìn)行了從三相到兩相變換后，再將其變換到同步坐標系下，轉子電流就被解耦成了一對轉矩分量和激磁分量。前者位于qc軸，電磁轉矩只和該值有關(guān)；后者位于dc軸，起到激磁的作用，可改善定子側的功率因數。

　　反之若維持定子側電壓幅值恒定，則

恒定。則由電磁轉矩統一公式知T=

　　在保證Us（即

）恒定的條件下，控制

即可實(shí)現轉矩的調節。

3．控制系統結構

　　轉子電流經(jīng)過(guò)解耦后，就可用直流調速的方法對其進(jìn)行控制。在控制系統中，給定量是轉速，受控量是電磁轉矩（轉子電流的轉矩分量）。為了實(shí)現轉速和電流兩種負反饋分別起作用，在系統中設置了兩個(gè)調節器，分別調節轉速和電流，兩者之間實(shí)行串級聯(lián)接，把轉速調節器的輸出當作電流調節器的輸入，再用電流調節器的輸出去控制晶閘管變流器的觸發(fā)裝置。轉速調節器的作用是對轉速的抗擾調節并使之在穩態(tài)時(shí)無(wú)靜差，其輸出限幅值決定允許的最大電流。電流調節器的作用是電流跟隨，過(guò)流保護和及時(shí)抑制。

　　為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，雙閉環(huán)調速系統的兩個(gè)調節器一般都采用PI調節器。兩個(gè)調節器的輸出都是帶限幅的，轉速調節器ASR的輸出限幅(飽和)電壓是Uin*，它決定了電流調節器給定電壓的最大值，電流調節器ACR的輸出限幅電壓是Uctm，它限制了晶閘管變流器輸出電壓的最大值。[2]

圖 1雙閉環(huán)比例-積分調節示意圖

4．Matlab 仿真模型的建立

　　雙饋系統的仿真模型包括電機模塊、控制系統模塊、變頻器模塊。

　?。?）電機模塊

　　Matlab中已經(jīng)建立了異步電機模型，轉子方面的各參量均折合到定子側，并用上標撇號表示，其等效電路模型為

　　該對話(huà)框里沒(méi)有電機定、轉子電壓變比關(guān)系一項，在此數學(xué)模型中這一信息也無(wú)法體現。比如，定轉子的額定電壓分別是6000伏、1640伏，但當仿真定子側接6000伏電壓、轉子側開(kāi)路這種狀態(tài)時(shí)，轉子側的電壓也是6000伏，因此不宜將模型的轉子直接與變頻器模型直接相連。為了體現定轉子之間電壓、電流的變比關(guān)系，在轉子輸出端接一近似理想的三相兩繞組變壓器，該變壓器副邊的輸出作為轉子的輸出，變壓器的變比為定子側額定電壓與轉子側額定電壓的比值。