同步電機交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制的研究

王繼恒

摘要：隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的快速發(fā)展，勵磁系統(tǒng)的運用與實踐迎來了前所未有的重大發(fā)展機遇，如何通過科學合理的方法與策略，全面優(yōu)化提升同步電機交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制效果，備受業(yè)內(nèi)關(guān)注?；诖?，本文首先介紹了無刷勵磁系統(tǒng)，分析了交流感應(yīng)勵磁機的矢量控制原理，并結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗，分別從矢量控制的仿真以及硬件和軟件設(shè)計等多個角度與方面，探討了同步電機交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制問題，闡述了個人對此的幾點淺見。

關(guān)鍵詞：同步電機;交流感應(yīng)無刷勵磁;矢量控制;方法研究

引言：

勵磁系統(tǒng)是同步電機運行控制的核心部件，對于保證系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性與可靠性等方面發(fā)揮著直接作用。當前形勢下，技術(shù)人員有必要立足勵磁系統(tǒng)實際，靈活運用多樣化的方法與策略，全面優(yōu)化提升同步電機交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制的整體效果。本文就此展開了探討。

1無刷勵磁系統(tǒng)簡述

無刷勵磁采用的交流勵磁機實質(zhì)是一臺電樞旋轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機。近年來，國家相關(guān)部門高度重視同步電機交流感應(yīng)無刷勵磁技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，在矢量控制規(guī)則優(yōu)化、目標過程強化以及實踐運用效果評價等方面制定并實施了一系列具有導(dǎo)向性的技術(shù)規(guī)范與標準，為新時期交流勵磁機的功能優(yōu)化提升提供了基本遵循與導(dǎo)向，在確保勵磁系統(tǒng)強勵能力等領(lǐng)域取得了令人矚目的現(xiàn)實成就，大大促進了其系統(tǒng)整體性的穩(wěn)定提升。同時，相關(guān)技術(shù)人員同樣在創(chuàng)新同步電機交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制模式等方面進行了大量卓有成效的研究與探索，確保了交流勵磁電機輸出的連續(xù)性，構(gòu)建形成了以特定控制環(huán)境為主要面向?qū)ο?，以非線性慣性環(huán)節(jié)為載體的矢量控制體系。盡管如此，受交流感應(yīng)勵磁機硬件性能等方面要素影響，當前其矢量控制依舊存在諸多短板，不利于實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子繞組電流的動態(tài)化檢測，需要給予高度重視。上述背景下，深入探討同步電機交流感應(yīng)無刷矢量控制的相關(guān)路徑方法，具有極為深刻的現(xiàn)實意義。

2交流感應(yīng)勵磁機的矢量控制原理

2.1交流感應(yīng)勵磁機的數(shù)學模型

在當前技術(shù)條件下，交流勵磁機的數(shù)學模型具有多變性、非線性等顯著特征，同時是一個相對完善的系統(tǒng)。在該模型中，為了使其能夠更加清晰直觀，可在一定范圍內(nèi)忽略空間諧波的影響以及定轉(zhuǎn)子齒槽的影響等，使交流感應(yīng)勵磁機的基本方程更具完善性，明確各個變量之間的關(guān)系。在確定相應(yīng)的物理量之后，可先后設(shè)定磁鏈方程和電壓方程，以分別對全磁鏈和電壓平衡等進行標識。在此基礎(chǔ)上，進行坐標轉(zhuǎn)換，確保變化前后各項功率系數(shù)的原始狀態(tài)。

2.2勵磁機轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制原理

為了能夠使同步旋轉(zhuǎn)坐標系更具標示價值，可根據(jù)相關(guān)控制原理選擇相應(yīng)的軸系，對勵磁機轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制予以建模，根據(jù)周磁鏈變化率的相關(guān)狀況，對電壓方程與勵磁方程進行關(guān)聯(lián)，得到整流橋負載等技術(shù)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)整流橋輸出的復(fù)雜特性，將整流橋負載用一個等效的非線性電阻進行代換，得出定子電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系，并將其作為調(diào)整優(yōu)化電機矢量控制的基礎(chǔ)參考與依據(jù)。

2.3勵磁機定子磁場定向的矢量控制原理

若提前設(shè)定勵磁機定子磁場方向，則可對按定子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標系進行設(shè)定，以強化其矢量控制效果?，F(xiàn)代控制技術(shù)理念的快速發(fā)展與實踐運用，為勵磁機定子磁場定向矢量控制提供了更為靈活的控制工具與載體，使得傳統(tǒng)矢量控制條件下難以完成的轉(zhuǎn)子時間常數(shù)等變量分析任務(wù)更具實現(xiàn)可能，因此技術(shù)人員可通過運用軟件系統(tǒng)平臺將電流的直接控制效果進行觀測，以更好地對磁鏈進行矢量控制。

3同步電機交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制研究

3.1交流感應(yīng)勵磁系統(tǒng)的矢量控制方法

由于磁鏈信息具有可觀測性及可控制性等特征，這使得交流感應(yīng)勵磁矢量控制技術(shù)能夠順利有序地在實踐中運用，但需提前確定磁場的具體狀態(tài)，并對其大小和方向等技術(shù)狀態(tài)進行校驗掌握。因此，可圍繞定轉(zhuǎn)子磁鏈狀態(tài)，建立相應(yīng)的磁鏈觀測模型，運用多種不同的電壓和電流計算方法對矢量控制狀態(tài)進行模擬，并通過變換坐標系的方式，得到磁鏈的計算方程式。在此基礎(chǔ)上，可對矢量控制的模型方法進行改進優(yōu)化，使電勢大小和電阻壓降等出現(xiàn)相應(yīng)變化，解決純積分環(huán)節(jié)的疑難問題，形成基于磁鏈初始值為基礎(chǔ)的動態(tài)收斂過程，對其收斂性進行監(jiān)測。此外，通過運用勵磁電流對主機的勵磁電流進行檢測分析，合理降低檢測裝置的復(fù)雜性。

3.2交流變頻感應(yīng)勵磁系統(tǒng)矢量控制的仿真

一方面，要建立矢量控制勵磁系統(tǒng)仿真模型，并根據(jù)相關(guān)模塊化理論將模型細化分解為主電路模塊、交流勵磁機和旋轉(zhuǎn)整流器模塊、電壓和電流測量模塊、磁鏈控制模塊和電流調(diào)節(jié)模塊、主控制模塊等。上述不同的構(gòu)成模塊在執(zhí)行標準、構(gòu)造過程以及效果預(yù)測等方面存在顯著差異，應(yīng)根據(jù)交流變頻感應(yīng)勵磁系統(tǒng)矢量控制的基本需求予以設(shè)定。另一方面，要在特定標準環(huán)境下對控制系統(tǒng)進行仿真分析，選取不同技術(shù)參數(shù)用一個電阻和電感來模擬同步電動機的勵磁繞組，生成相應(yīng)的仿真結(jié)果圖，得到基于定子電流和定子電壓的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3變頻勵磁控制器的硬件和軟件設(shè)計

根據(jù)變頻勵磁控制器的硬件環(huán)境條件，可將控制系統(tǒng)分為主控部分、AD控制單元、通信模塊、開關(guān)量輸出模塊、鍵盤處理模塊等部分，然后針對這些不同的硬件構(gòu)成部分進行硬件設(shè)計。以其中的主電路設(shè)計為例，需要有效銜接整理電路、濾波電路和功率逆變電路等構(gòu)成部分之間的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)過壓保護等作用，并防止浪涌電流幅值過大而導(dǎo)致的非必要沖突等問題。在軟件設(shè)計方面，應(yīng)圍繞其目標系統(tǒng)要求，完成電流和電壓數(shù)據(jù)采集、信號優(yōu)化與控制、電流或電壓故障處理等功能。在軟件系統(tǒng)中，還應(yīng)有序銜接變量初始化、系統(tǒng)初始化、中斷初始化等環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，在參數(shù)離線辨識程序的作用下，執(zhí)行系統(tǒng)命令。

3.4無刷勵磁系統(tǒng)的實驗研究

建立健全完善系統(tǒng)的規(guī)則體系，為無刷勵磁系統(tǒng)的實驗控制提供基礎(chǔ)性依據(jù)與參考，制定相應(yīng)的實驗研究方案，確保實驗平臺能夠始終保持穩(wěn)定有序狀態(tài)。搭建基于同步電機交流感應(yīng)基本原理的實驗系統(tǒng)平臺，將相對復(fù)雜抽象的實驗過程清晰直觀地展現(xiàn)出來，實現(xiàn)對勵磁電流的精準測量，并對相關(guān)實驗數(shù)據(jù)進行全面記錄，繪制形成相應(yīng)的分析圖表。選擇具有代表性的技術(shù)參數(shù)，對無刷勵磁系統(tǒng)的實驗數(shù)據(jù)進行建模分析，構(gòu)建形成具有層次性的評價體系，精準評價分析無刷勵磁系統(tǒng)的整體運行效果，并將最終評價結(jié)果作為調(diào)整與改進矢量控制模式的重要依據(jù)與參考。

4結(jié)語

綜上所述，受傳統(tǒng)勵磁系統(tǒng)控制理念等方面要素影響，當前同步電機交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制實踐中依舊存在諸多短板，不利于實現(xiàn)系統(tǒng)各項技術(shù)參數(shù)的穩(wěn)定提升。因此，技術(shù)人員應(yīng)從勵磁系統(tǒng)的客觀實際出發(fā)，創(chuàng)新方式方法，采用多樣化方法與策略，提高無刷勵磁矢量控制的整體效果，為全面促進其整體運行效能的優(yōu)化發(fā)展貢獻力量。

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