自动控制系统考试复习(3)

2021-09-24 12:19

1变频调速的控制方式:根据变压器绕组电动势公式,可以得出稳态时保持定子磁通恒定时必须进行VVVF变压变频协调控制;根据异步电动机的稳态等效电路,可以分析出恒压频比,怛定子磁通频比,恒气隙磁通频比,恒转子磁通频比的机械特性如图6-6。相关分析见式6-10,6-15,6-18。

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1. 从异步电动机稳态等效电路图6-5可以看出,如果抬高定子电压,能维持Eg/ 1 c,会使线性段范围比Us/ 1 c更宽,

但仍具非线性特征,也就是具有最大转矩;而进一步抬高定子电压,维持Er/ 1 c,则转矩仅与转差频率成正比,变成线性的而不再是非线性的。其条件是保持转子全磁通恒定不变而不是保持定子磁通或气隙磁通不变。而动态保持转子磁通恒定正是转子磁场定向矢量控制的控制规律。图6-6的比较与分析是重点。其实质是漏抗压降导致了机械特性的非线性。而恒转子磁通频比控制,抵消了转子漏抗的压降,所以将机械特性变成了线性的。气隙磁链Ψ

α

Ψ是定子、转子通过气隙相互交链的那部分磁链

α

Ψ

α

Lmi Lmi

s

r

2. 定子磁链Ψ

s

s

sα

Ψ 是气隙磁链Ψ与定子漏磁链Ψ

之和。

s

Ψ

s

Ψ

s

α

Ψ

r

s

Lmi Lmi

s

r

Ls i

Lsi Lmi

3.转子磁链Ψ

r

s

rα

Ψ是气隙磁链Ψ与转子漏磁磁链Ψ

之和

r

Ψ

r

Ψ

s

α

Ψ

r

s

σ Lmi

s

Lmi

r

Lr i

Lmi Lri

αsr

Ψ、Ψ、Ψ均以同步速ωS旋转,三者的差距为漏磁链。

VVVF的控制规律为三段式:基频以下小于5HZ时,抬高电压补偿定子压降伏;基频以下大于5HZ时,恒压频比;基频以上,则恒定电压,弱磁升速;

2采用VVVF可以实现同步电动机的软起动但不能完全克服振荡及失步现象。为此,必须设计给定积分器使定子频率不要变化过快。这也就间接限制了起制电流。同样,在异步电动机VVVF系统中,由于转矩与转差成正比,限制了定子频率变化率也就限制了转子转差也就间接限制了转矩即限制了起制动电流。

3 变频器分为交直交(间接变频)和交交变频(直接变频)两种。交直交变频又分为电压源型和电流源型。交直交变频器因调压与调频环节有差别,又有多种分为:可控整流器调压与六拍逆变器、不控整流器加斩波调压与六拍逆变器、不控整流加PWM同时变压变频的逆变器。交直交变频器分为电压源型和电流源型。直流输出通过并联电容输出的是电压源型变频器,通过串联电感输出的是电流源型变频器。而采用二极管不控整流器加全控型PWM逆变器构成的变频器中,SPWM逆变器是同时实现变压变频的。但可控整流器加可控逆变器构成的晶闸管交直交变频器,是通过整流器调压,面逆变器变频。即变压和变频是分开的。交-交变频所用元件多,输出频率受限,最高频率不超过电网频率的1/3—1/2。所以只适用于低速大功率拖动系统。

4 SPWM控制模型 主要分为电压正弦,电流正弦,磁通正弦三大类。还有消除指定次数谐波的控制技术。其中电流正弦也就是电流滞环跟踪PWM由于易于用模拟电路实现而较常用。而SPWM适用于微机控制,也有专用集成电路实现的。SVPWM由于TI公司的DSP中具有硬件产生电路,且比SPWM具有更高电压利用率,谐波分量小,正在推广应用。由于二极管输出直流电压幅值不变,所以SPWM逆变输出的是一系列等幅不等宽的矩形脉冲,其面积等效于正弦波面积,即平均值等效于正弦波。而SVPWM输出电压比SPWM高出15%,即直流电压的利用率高。

5 VVVF转速开环系统中由于本身没有自动限制起制动电流的作用,因此频率设定必须通过给定积分算法(电路)产生平缓的升速或

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降速信号;由于滑差较小时,转差频率与转矩成正比,因此控制转差频率也就间接控制了转矩,但其前提条件是保证气隙磁通不变,这可以根据图6-41的函数关系控制定子电压和频率来保证。转差频率系统可以构成双闭环系统,但还达不到直流双闭环系统,其原因是只在稳态下保证气隙磁通不变,没有控制定子电流的相位,而且存在正反馈环节也就影响控制的性能。

6 异步电动机是多变量、高阶、非线性、强耦合的系统。坐标变换是交流电机矢量控制的基础。根据磁动势或旋转磁场相等的原则,三相交流绕组可用二相交流绕组等效;3/2是三相静止坐标变成二相静止坐标,其目的是减少变量,即降阶。还可以用二相相互垂直的直流绕组旋转等效;矢量旋转变换VR是将两相静止坐标变换到二相旋转坐标系,将交流量变换到直流量,扩展了频带,提高了动态响应。二相旋转坐标系中很有用的一种是两相同步旋转坐标系DQ系,其旋转速度等于同步角速度。所以DQ系对于转子来讲按转差频率旋转。将DQ系定向到转子磁链方向,称之为MT系。也就是按转子磁链定向的旋转坐标系。这样的好处,如果保持转子磁链恒定并使之全在M轴,可将定子电流的励磁分量和转矩分量解耦,从而可以将之变成单变量系统,可单独闭环控制。而按照矢量控制方程6-135,6-136,6-137可以保证这一点。再加除法器可以将电流控制型的异步电动机分解成转速和磁通两个独立的线性子系统。其条件是式6-128,结果是6-129,式6-135,6-136构成的矢量控制方程式。反过来,根据矢量控制方程式,就可以像直流电机一样分别控制磁通和转速、电流分量来构建单闭环控制系统了,也就保证了转子磁通动态恒定并使分解到M轴上。

7 带磁链闭环和转速闭环的称为直接矢量控制,其中转子磁链计算是关键,计算模型中分为电流模型和电压模型两种。电流模型可分为两相静止坐标系和两相旋转坐标系两种,(如式6-142,143);电压模型(式144,145)更适合于中、高速范围,电流模型适合于低速。

8磁链开环转差型矢量控制系统也称为间接矢量控制系统。因为磁链闭环的系统中,磁链计算不准确,反而不如采用磁链开环控制,这时采用转差频率式的矢量控制方程,可以构成系统。转差频率式的矢量控制系统与转差频率式的标量控制系统不同的是控制了定子电流的幅值和相位。

9 直接转矩控制系统 其特点是构成转矩和磁通闭环,采用非线性控制器构成砰砰控制器,利用转矩和磁链控制器输出的误差信号共同直接产生电压的SVPWM波形。直接转矩控制体现了人工智能的思想,又是一种查表控制。这样控制了定子磁链和转矩,可以得到较快的转矩响应。由于是在定子坐标系,所用的转矩计算模型和磁链计算模型都是在两相静止坐标系上进行的,这就避开了旋转变换,简化了系统结构。直接转矩控制低速时的转矩脉动和磁链计算误差仍是待解决的问题。直接转矩控制与矢量控制系统的初步比较见表6-1。

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