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转矩调节电机磁链仿真结果
浏览: 发布日期:2018-09-02

  异步电动机的数学模型(model)文中符号说明:i1、i1、i2、i2为定子(组成:定子铁芯、定子绕组和机座)、转子(rotor)电流(Electron flow);U1、U2为定子电压(voltage);
  S、s为定子磁链;T
  E、TL为电磁转矩、负载转矩;为转子电角速度;R
  S、Rr为定子、转子电阻;L
  S、L
  R、Lm为定子自感、转子自感、定子转子互感;pn为极对数;J为机械(machinery)转动惯量;A=1/(LsLrLmLrm);p为微分算子。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。微型电动机是一种体积、容量较小,输出功率一般在数百瓦以下,用途、性能及环境条件要求特殊的一类电动机。变频电动机由于临界转差率反比于电源频率,可以在临界转差率接近1时直接启动,因此,过载能力和启动性能不再需要过多地考虑,而要解决的关键问题是如何改善电动机对非正弦波电源的适应能力,及确保电机的使用寿命。将异步电动机在静止的、坐标系下的电压转矩方程、磁链方程和电磁转矩方程经适当变换,得异步马达数学模型X7分别代表i1、i1、i2、i2、、
  S、s。电机模型中包括了磁链和转矩计算(calculate )单元。
  控制(control)器模型及控制系统(system)构建限于篇幅,本文仅介绍主要控制单元的建立。(1)三点式转矩调节(adjust)器传统(chuán tǒng)的直接转矩控制对转矩实行离散地两点式调节(即一个滞环调节),采用这种两点式转矩调节,当电机处于低速或需要大幅度调节时,会使零电压矢量所加的时间较长。这样不仅使定子磁链产生严重畸变,远远偏离圆形轨迹,还会使电机的减速时间大大增加,同时电磁转矩脉动很大。
  本文采用的三点式转矩调节器,根据定子磁链反向旋转(rotate)可以使转矩迅速减小的特点,在转矩调节器中引入P/N调节器,控制定子磁链的反向旋转,如所示。两滞环同时调节,P/N调解器的输出与两点式的输出组成三种状态,如所示。可以加快转速(Rotational Speed)调节过程(process)。P/N调解器的容差大于两点式转矩控制器的容差,当电机平稳运行(Windows)时,P/N调解器不参加控制,转矩控制器按两点式控制方式调节输出转矩。当电机的给定值发生突变时,P/N调解器与两点式控制器同时参加控制,P/N调解器从1态变成0态,TQ也为0态的情况(Condition)下,三点式转矩调节器的输出TS为1态。
  此时给出使定子磁链反向旋转的电压空间(Space)矢量,使得转矩以较大斜率下降(descend)。与两点式转矩调节相比,三点式转矩调节器增加了S=1这一判断值。这样当电机低速运转(revolve)或给定转速突然降低(reduce)时,不是加零电压矢量,而是加反方向的电压矢量,使定子磁链与转子磁链之间的夹角迅速减小,使电磁转矩也迅速减小,提高了系统的动态响应时间,同时磁链幅值基本保持不变,得到稳定(解释:稳固安定;没有变动)的电磁转矩输出。
  (2)磁链幅值及磁链扇区判定利用SIMULINK中的Real_ImagtoComplex模块和ComplextoMagnitude_Angle模块可得到磁链幅值及相角,如所示。磁链幅值直接送入磁链调节器(磁链调节器采用传统的两点式调节)与磁链给定值比较,得到磁链开关量FS;根据磁链的相角就可以判断出磁链所在的扇区,利用SFUNCTION完成此功能。
  (3)电压空间(Space)矢量选择(Select)综合电磁转矩开关量T
  S、磁链量FS和磁链所在扇区,用SFUNCTION编写电压空间(Space)矢量表,优化选择所施加的电压矢量,实现对电机转速的快速准确控制。
  仿真(simulation)结果对一台鼠笼式异步电机进行仿真,电机参数(parameter)为PN=3kW,IIN=6.9A,n=1450r/min,UN=380V,Rs=2.7,Rr=2.23,Lm=342.5mH,LS=642.5mH,Lr=542.5mH,np=2,J=0.0085kgm2,np=2.给定负载转矩10Nm,给定转速250r/min.仿真结果示。
  磁链、转矩和转速波形由仿真结果可知,系统以最大转矩启动,在极短时间内,转速达到给定值,转矩趋于稳定。系统在负载突然变化的情况下,动态响应良好。
  结论既有零电压矢量参与减速又有反方向电压矢量参与快速减速的转矩三点式调节的直接转矩控制系统,电机稳定运行时转速比较平稳,动态响应十分迅速,具有良好的动态性能(xìng néng)。在电机负载及给定速度突然变化的情况下,速度波动小,证明了DTC理论控制的系统所独有的优越性能。
  
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