感應電機間接自控制技術(shù)研究

2.2.2 PI調節器的參數設定

系統PI 調節器針對電機的轉矩進(jìn)行控制，一方面希望得到快速的轉矩動(dòng)態(tài)響應，另一方面又希望穩態(tài)性能較好，所以調節器參數的選取需要進(jìn)行權衡。本文采用了變參數PI 調節器，參數選取如圖4 所示。圖中的比例積分系數分別以0.04和2 進(jìn)行了歸一化處理?？梢钥闯霎旊姍C的轉矩響應處于過(guò)渡過(guò)程時(shí)，比例積分系數較大，使調節器輸出較大的給定值，從而加速系統的響應過(guò)程，積分系數較大可以使穩態(tài)時(shí)積分器能夠輸出較大的給定值;當轉矩處于穩態(tài)時(shí)，比例系數較小，給定值不會(huì )過(guò)大以免產(chǎn)生振蕩，同時(shí)積分系數也較小，能夠產(chǎn)生比較穩定的給定值。

2.2.3 逆變器的控制方法與開(kāi)關(guān)頻率的設定

變頻調速系統中的電壓型逆變器采用SVPWM調制技術(shù)實(shí)現脈寬調制的功能[12][13]，具體算法采用文獻[13]的方法，在三相正弦調制波中加入一個(gè)三倍頻的電壓分量，然后按照常規的SPWM 算法確定門(mén)極開(kāi)關(guān)信號，該算法較為簡(jiǎn)單。逆變器開(kāi)關(guān)頻率的設定值如圖5 所示，在25 Hz 以下時(shí)為異步調制，開(kāi)關(guān)頻率穩定在1 kHz;在25耀40 Hz 時(shí)是載波比為27 的同步調制區域，開(kāi)關(guān)頻率變化范圍在675耀1 080 Hz;在50 Hz 時(shí)是載波比為21的同步調制區域，相應的開(kāi)關(guān)頻率變化范圍在840耀1 050 Hz;在50 Hz 以上時(shí)進(jìn)入方波運行區。

這樣的開(kāi)關(guān)頻率設定與大功率牽引領(lǐng)域應用場(chǎng)合相符合。

2.3 系統仿真波形圖

這里采用速度閉環(huán)調節器針對感應電機的速度進(jìn)行調節。圖6 給出了感應電機轉矩與轉速波形圖，可以看出轉矩響應是比較快的。值得注意的是在100 r/min 低速時(shí)，逆變器工作在開(kāi)關(guān)頻率1 kHz 下，轉矩的波動(dòng)仍然很小，傳統DTC 技術(shù)很難實(shí)現這一點(diǎn)[11]。

圖7 給出了電機定子磁鏈矢量相角增量K3的波形圖?？梢钥闯?，在對應于每一次電機轉矩發(fā)生較大變化的時(shí)候，K3都相應有短暫的劇烈變化，這樣就可以迅速改變公式(1)中的角度茲sr，從而產(chǎn)生期望的轉矩響應。在低速的時(shí)候，電機的轉速只有100 r/min，但是采用空間矢量脈寬調制技術(shù)可以使得定子磁鏈矢量在1 ms 的PWM周期內產(chǎn)生圖7中的較小的角度增量，所以轉矩脈動(dòng)較小。

圖8 給出了對應圖6 和圖7 的電機的A 相電流波形，圖中的電流按照額定電流進(jìn)行了歸一化處理?？梢钥闯龅退贂r(shí)[圖8(a)、(b)]電流波形正弦度較好，因為此時(shí)的調制比較大;高速時(shí)，由于開(kāi)關(guān)頻率受到限制，調制比較小，電流的諧波會(huì )增加一些，如圖8(c)所示。

3 結語(yǔ)

本文研究了一種實(shí)用的間接自控制方案，它與直接轉矩控制技術(shù)的原理相類(lèi)似，但控制系統的結構有些區別。通過(guò)PI線(xiàn)性調節器針對定子磁鏈幅值與電機轉矩分別進(jìn)行閉環(huán)控制，并得到定子電壓矢量的給定值，然后采用較為成熟的空間矢量脈寬調制技術(shù)控制電壓型逆變器。通過(guò)仿真結果可以看出間接自控制技術(shù)在較低的開(kāi)關(guān)頻率下，具有類(lèi)似直接轉矩控制技術(shù)中轉矩的快速響應，尤其是在低速區性能較傳統DTC 好，是一種在大功率牽引領(lǐng)域中實(shí)用的感應電機控制技術(shù)。