感應(yīng)電機(jī)間接自控制技術(shù)研究

2.2.2 PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)定

系統(tǒng)PI 調(diào)節(jié)器針對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，一方面希望得到快速的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)，另一方面又希望穩(wěn)態(tài)性能較好，所以調(diào)節(jié)器參數(shù)的選取需要進(jìn)行權(quán)衡。本文采用了變參數(shù)PI 調(diào)節(jié)器，參數(shù)選取如圖4 所示。圖中的比例積分系數(shù)分別以0.04和2 進(jìn)行了歸一化處理。可以看出當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)處于過渡過程時(shí)，比例積分系數(shù)較大，使調(diào)節(jié)器輸出較大的給定值，從而加速系統(tǒng)的響應(yīng)過程，積分系數(shù)較大可以使穩(wěn)態(tài)時(shí)積分器能夠輸出較大的給定值;當(dāng)轉(zhuǎn)矩處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，比例系數(shù)較小，給定值不會(huì)過大以免產(chǎn)生振蕩，同時(shí)積分系數(shù)也較小，能夠產(chǎn)生比較穩(wěn)定的給定值。

2.2.3 逆變器的控制方法與開關(guān)頻率的設(shè)定

變頻調(diào)速系統(tǒng)中的電壓型逆變器采用SVPWM調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的功能[12][13]，具體算法采用文獻(xiàn)[13]的方法，在三相正弦調(diào)制波中加入一個(gè)三倍頻的電壓分量，然后按照常規(guī)的SPWM 算法確定門極開關(guān)信號(hào)，該算法較為簡單。逆變器開關(guān)頻率的設(shè)定值如圖5 所示，在25 Hz 以下時(shí)為異步調(diào)制，開關(guān)頻率穩(wěn)定在1 kHz;在25耀40 Hz 時(shí)是載波比為27 的同步調(diào)制區(qū)域，開關(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(diào)制區(qū)域，相應(yīng)的開關(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(yùn)行區(qū)。

這樣的開關(guān)頻率設(shè)定與大功率牽引領(lǐng)域應(yīng)用場合相符合。

2.3 系統(tǒng)仿真波形圖

這里采用速度閉環(huán)調(diào)節(jié)器針對感應(yīng)電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖6 給出了感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速波形圖，可以看出轉(zhuǎn)矩響應(yīng)是比較快的。值得注意的是在100 r/min 低速時(shí)，逆變器工作在開關(guān)頻率1 kHz 下，轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)仍然很小，傳統(tǒng)DTC 技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)[11]。

圖7 給出了電機(jī)定子磁鏈?zhǔn)噶肯嘟窃隽縆3的波形圖。可以看出，在對應(yīng)于每一次電機(jī)轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大變化的時(shí)候，K3都相應(yīng)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(zhuǎn)矩響應(yīng)。在低速的時(shí)候，電機(jī)的轉(zhuǎn)速只有100 r/min，但是采用空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)可以使得定子磁鏈?zhǔn)噶吭? ms 的PWM周期內(nèi)產(chǎn)生圖7中的較小的角度增量，所以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小。

圖8 給出了對應(yīng)圖6 和圖7 的電機(jī)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。可以看出低速時(shí)[圖8(a)、(b)]電流波形正弦度較好，因?yàn)榇藭r(shí)的調(diào)制比較大;高速時(shí)，由于開關(guān)頻率受到限制，調(diào)制比較小，電流的諧波會(huì)增加一些，如圖8(c)所示。

3 結(jié)語

本文研究了一種實(shí)用的間接自控制方案，它與直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的原理相類似，但控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有些區(qū)別。通過PI線性調(diào)節(jié)器針對定子磁鏈幅值與電機(jī)轉(zhuǎn)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(diào)制技術(shù)控制電壓型逆變器。通過仿真結(jié)果可以看出間接自控制技術(shù)在較低的開關(guān)頻率下，具有類似直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)中轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)，尤其是在低速區(qū)性能較傳統(tǒng)DTC 好，是一種在大功率牽引領(lǐng)域中實(shí)用的感應(yīng)電機(jī)控制技術(shù)。