交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的控制方案

楊軼

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的飛速發(fā)展，各行各業(yè)都得到了蓬勃的發(fā)展，尤其是電力電氣技術(shù)的日益進(jìn)步，這樣就對交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的效率提出了更高的要求。而本文主要對交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)所具有的變頻器以及控制器進(jìn)行了分析，并通過相關(guān)實(shí)例對幾種不同類型的電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)所制定的控制方案進(jìn)行研究，并提出合理化建議，提供給相關(guān)人士，供以借鑒。

關(guān)鍵詞：交流電動(dòng)機(jī)；電氣傳動(dòng)；變頻器

隨著集成電路、科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展下，使電力電子技術(shù)也得到了蓬勃的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)中的電氣傳動(dòng)在相關(guān)領(lǐng)域得到了普遍的認(rèn)可，例如工業(yè)機(jī)器人、航天領(lǐng)域等方面都有所是涉及。對此，本文主要從變頻器、控制器、幾種交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的控制系統(tǒng)幾個(gè)方面進(jìn)行分析，從而提出相關(guān)見解，為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出貢獻(xiàn)，提供給相關(guān)人士，供以借鑒。

1 變頻器

變頻器主要在以下兩種逆變器中較為適合：一種是電壓型逆變器；另一種是電流型逆變器。因?yàn)閂SI的結(jié)構(gòu)具有一定的簡便性，不需要添加多余的主電路，在頻繁加速、改變轉(zhuǎn)向的地方較為適合，并且有著較高的穩(wěn)定性。因此，需要在高性能的場合中較為適合，人們通常選擇VSI，倘若具備再生能力的情況下，那么相關(guān)人員可能會(huì)對CSI進(jìn)行考慮。通常情況下，諸多工業(yè)以及商業(yè)主要使用的是VSI，而輸入帶你呀的范圍大概在100V～400V的范圍內(nèi)。

其中，當(dāng)相關(guān)人員在對電壓型逆變器進(jìn)行控制的時(shí)候，是將直流電壓Vd進(jìn)行固定，然后依賴于相應(yīng)的脈沖寬度加以控制而形成的開關(guān)切換，并且做好詳細(xì)的控制。因?yàn)榭刂剖侄我约败浖夹g(shù)的不斷發(fā)展下，提出了各種類型的方案。

利用PWM控制，減小高次諧波損失。利用PWM控制，使特定的高次諧波最小。利用PWM控制，減小噪聲。利用PWM控制，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小。利用PWM控制，使有效電壓利用率最佳。

通常，在工業(yè)上通用的電壓型逆變器采用以下方法控制：脈沖模型法將對應(yīng)于各個(gè)相位的電壓數(shù)據(jù)，按每個(gè)模型存貯在ROM等記憶器件上，這種方法的電壓精度和相位（頻率）精度都有限。正弦波近似三角波比較法是一種最有代表性的PWM法，為了輸出和放大與三相電壓指令值相當(dāng)?shù)碾妷海c三角波的大小進(jìn)行比較來決定開關(guān)切換點(diǎn)。輸出電壓波形在一周期內(nèi)的平均值與它的指令值成比例，也可獲得送人電動(dòng)機(jī)的線電壓，三角波的調(diào)制頻率為幾KHz。在高性能的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)中，主要問題是控必須考慮以下幾點(diǎn)：確定控制策略；檢測；感應(yīng)電動(dòng)機(jī)瞬態(tài)性能的建控制硬件。

2 控制器

在交通電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，相關(guān)人員一般采取的是轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，并且使用轉(zhuǎn)速偏差來對動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)整。為了進(jìn)一步對電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，合理的使用電動(dòng)機(jī)鐵芯，通過相應(yīng)電流的作用力下，最大程度形成最大的電磁轉(zhuǎn)矩，然后將系統(tǒng)的流程不斷加快，這時(shí)相關(guān)人員需要對轉(zhuǎn)矩以及磁通進(jìn)行控制。（1）在基速以下保持磁通（或磁鏈）恒定，通過控制電樞電流或定子電流的轉(zhuǎn)矩分量來實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)矩。（2）在基速以上采用弱磁控制，引人除法節(jié)環(huán)來消除電機(jī)內(nèi)部的乘法作用，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩與磁通（或磁鏈）的解藕控制。（3）利用轉(zhuǎn)矩模型推算出動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩實(shí)際值，采用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制。如控制定子磁鏈的幅值以及該矢量相對于轉(zhuǎn)子磁鏈的夾角，也可實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)矩。根據(jù)轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈實(shí)際值與給定值的偏差來直接確定PWM逆變器開關(guān)信號(hào)，用定子磁鏈來計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩，不足之處是會(huì)帶來轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，限制了系統(tǒng)的調(diào)速范圍。

3 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)

3.1 高性能變速傳動(dòng)通用控制器

圖1所形成的控制原理為：速度誤差達(dá)到PI控制器的時(shí)候，進(jìn)而可以得到一個(gè)和電動(dòng)機(jī)預(yù)期值成比例的形式進(jìn)行輸出。因?yàn)檗D(zhuǎn)矩和磁通以及相應(yīng)電流之間呈現(xiàn)出正比的趨勢，所以轉(zhuǎn)矩所具有的參數(shù)值除以磁通就能夠獲得相應(yīng)的電流參考值。當(dāng)速度不高于額定值的時(shí)候，那么磁通就要處于恒定的狀態(tài)，這樣電流才可以達(dá)到理想的數(shù)值正比，接著該電流所獲得的數(shù)值將輸送到電流控制內(nèi)環(huán)中。該控制形式大多數(shù)是采取多環(huán)路控制的，而嵌套一些反饋環(huán)，相應(yīng)的相應(yīng)速度比其他外環(huán)的速度大。

3.2 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)

因?yàn)槟孀兤鹘M成的電源模式不屬于純正弦的，所以相關(guān)人員在進(jìn)行調(diào)速的過程中，不能確保氣隙磁通達(dá)到恒定的效果，采取相應(yīng)的理論致使可以對主磁通進(jìn)行跟蹤，并且當(dāng)主磁通在速度的領(lǐng)域中可以基本處于恒定的狀態(tài)。平滑圓周因?yàn)楹投噙呅螏缀跻粯樱?dāng)多邊形分割的愈多，那么就會(huì)越接進(jìn)圓形的形態(tài)。

相關(guān)人員通過使用相關(guān)的平滑圓周的形式可以達(dá)到微機(jī)控制的目的。例如使用等12邊多邊形接近平滑圓周，并且其中有6個(gè)空間磁通矢量所存在的方向和相關(guān)矢量的方向保持一致，而另外六個(gè)傳送和相應(yīng)的矢量方向存在一定的差異性。顯而易見，空間非零電壓矢量能夠?qū)樞蜻M(jìn)行編制，并且會(huì)對實(shí)磁通矢量進(jìn)行跟隨。

因?yàn)榭刂频闹饕猛臼菫榱藢⑾鄳?yīng)的圓周的弧進(jìn)行跟蹤，當(dāng)前所使用的一種方案是將每一個(gè)帶有偽磁通矢量可以選擇適當(dāng)?shù)能壽E，而且這些軌跡和相應(yīng)的矢量中心是處于對稱的狀態(tài)，只有這樣才能夠使主磁通幅值所產(chǎn)生的波動(dòng)范圍能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)額定值的百分之九十六到百分之一百零四的范圍內(nèi)。

對于數(shù)字控制技術(shù)來說，可以構(gòu)成分別存貯空間非零電壓矢量和它的時(shí)寬兩種表格，由控制程序存取選定的電壓矢量和時(shí)寬。當(dāng)時(shí)寬保持足夠長時(shí)，微機(jī)在可用的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)弱磁運(yùn)行。通過選擇1個(gè)空間非零或零電壓矢量和選擇規(guī)定的時(shí)寬，則可實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制。改變零空間電壓矢量數(shù)和非零空間電壓矢量數(shù)的比值，就能調(diào)節(jié)滑差角頻率。該系統(tǒng)由16位PC機(jī)、接口電路和外圍電路構(gòu)成。所有電壓、電流和磁通都由瞬時(shí)空間矢量表示，而且每一瞬時(shí)空間矢量都分解為D軸變量和Q軸變量。該系統(tǒng)不需要電壓傳感器，其電動(dòng)機(jī)的端電壓Vd，Vq可以由非零空間電壓矢量V，（Sa，Sb，Sc）推導(dǎo)出來，該計(jì)算值可存放在表中，一旦選定了1個(gè)非零空間電壓矢量，控制程序就訪問該表。在控制程序中，需編制三張表：空間非零電壓矢量表；V1（Sa，Sb，Sc）的時(shí)寬表，Vd，Vq值表。這三張表均與V1（Sa，Sb，Sc）有關(guān)，但字節(jié)數(shù)不同，因而不同的表需設(shè)置不同的計(jì)算器。

結(jié)束語

通過以上內(nèi)容的論述，可以得知：本文例舉了幾種類型的交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)所制定的控制方案，并且做出了詳細(xì)分析，這些控制方案都能夠從不同方面呈現(xiàn)出電氣傳動(dòng)的一些特診。因?yàn)镮GBT、IIGCT等功能良好的功率器件的大量涌出，從而使變頻主電路呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，并且致使控制電路不斷的進(jìn)步。隨著我國科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)等方面的飛速發(fā)展下，在未來的發(fā)展中一定會(huì)產(chǎn)生諸多恰當(dāng)?shù)目刂品桨浮?/p>

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