HARSVERT-VA系列無速度傳感器矢量控制高壓變頻調(diào)速系
三相交流異步電機的定子繞組接工頻電源輸入，轉(zhuǎn)子有繞線式和鼠籠式兩種結(jié)構(gòu)。繞線式轉(zhuǎn)子的出線端短路連接。鼠籠式轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條在端部采用端環(huán)也形成短路連接。當定子接通三相工頻電源時，在電機內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場又在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。轉(zhuǎn)子繞組短路連接，進而形成轉(zhuǎn)子電流。由于磁場對處于其中的通有電流的導(dǎo)體會產(chǎn)生力的作用，從而形成了轉(zhuǎn)矩輸出。這就是異步電機又被稱為感應(yīng)電機的由來。
與直流電機、交流同步電機相比，交流異步電機結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、堅固耐用、易于維護、運行可靠、可工作于惡劣環(huán)境，因而在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
由于異步電機是一個高階、非線性、強耦合的多變量復(fù)雜系統(tǒng)，要深入探討異步電機的轉(zhuǎn)矩及負載特性，使其接近或達到直流電機的調(diào)速性能，還需要借助于上世紀70年代初誕生的轉(zhuǎn)子磁場定向（矢量控制）理論，及在此基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的相關(guān)理論。
一． 異步電機的數(shù)學(xué)模型
圖1-是三相異步電機的示意圖，假設(shè)其滿足理想異步電機的條件：
1) 電機定、轉(zhuǎn)子三相繞組完全對稱；
2) 電機定、轉(zhuǎn)子表面光滑，無齒模效應(yīng)；
3) 電機氣隙磁場在空間呈正弦分布；
4) 鐵芯的渦流、飽和及磁滯損耗忽略不計。
與直流電機、交流同步電機相比，交流異步電機結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、堅固耐用、易于維護、運行可靠、可工作于惡劣環(huán)境，因而在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
由于異步電機是一個高階、非線性、強耦合的多變量復(fù)雜系統(tǒng)，要深入探討異步電機的轉(zhuǎn)矩及負載特性，使其接近或達到直流電機的調(diào)速性能，還需要借助于上世紀70年代初誕生的轉(zhuǎn)子磁場定向（矢量控制）理論，及在此基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的相關(guān)理論。
一． 異步電機的數(shù)學(xué)模型
圖1-是三相異步電機的示意圖，假設(shè)其滿足理想異步電機的條件：
1) 電機定、轉(zhuǎn)子三相繞組完全對稱；
2) 電機定、轉(zhuǎn)子表面光滑，無齒模效應(yīng)；
3) 電機氣隙磁場在空間呈正弦分布；
4) 鐵芯的渦流、飽和及磁滯損耗忽略不計。
上述幾組方程，構(gòu)成了異步電機在三相靜止坐標系下的數(shù)學(xué)模型。由此可見，異步電機是一個強耦合電磁系統(tǒng)。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，定轉(zhuǎn)子繞組之間的夾角 變化，帶來了分析和控制的復(fù)雜性。
二． 坐標變換與轉(zhuǎn)子磁場定向（矢量控制）
采用數(shù)學(xué)坐標變換的手段，簡化異步電機的數(shù)學(xué)模型，把三相電機等效為兩相電機進行分析和控制。
由此可見，在轉(zhuǎn)子磁場定向的同步旋轉(zhuǎn)坐標系下，定子電流可分解為兩個獨立的分量：d軸分量控制轉(zhuǎn)子磁通；在控制轉(zhuǎn)子磁通恒定的前提下，電機轉(zhuǎn)矩與定子電流的q軸分量成正比。從而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。這樣，在轉(zhuǎn)子磁場定向的坐標系下，矢量控制就是把定子電流中的勵磁電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量分解成兩個垂直的直流變量，分別進行控制。通過坐標變換重建的電動機模型就可等效為一臺直流電動機，從而可象直流電動機那樣進行轉(zhuǎn)矩和磁通控制。
圖3是典型的矢量控制原理框圖。
三．實現(xiàn)矢量控制需要解決的問題
根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場定向所必須滿足的條件，要實現(xiàn)矢量控制，需要解決轉(zhuǎn)子磁鏈觀測、轉(zhuǎn)子速度獲取有關(guān)的問題。矢量控制的性能好壞，很大程度上取決于這兩個問題解決的好壞。
關(guān)于轉(zhuǎn)子磁鏈觀測，一般在兩相靜止坐標系下進行，根據(jù)電壓和磁鏈方程，經(jīng)過推算，得到轉(zhuǎn)子磁鏈。一般有電壓模型法或電流模型法兩種，或這兩種方法的融合和變通。
關(guān)于轉(zhuǎn)子速度的獲得，可采用測速裝置或無速度傳感器估測算法。進行無速度傳感器估測，可利用直接計算、參數(shù)辨識、狀態(tài)估計、間接測量等手段，從定子電壓、定子電流中提取出與速度有關(guān)的量，從而獲得轉(zhuǎn)子速度。目前較為典型的估計算法有：(1)利用電機方程式直接計算；(2)模型參考自適應(yīng)法；(3)擴展卡爾曼濾波法；(4)滑模變結(jié)構(gòu)法；(5)定子側(cè)電量快速傅立葉分析，等等。
此外，矢量控制交流調(diào)速產(chǎn)品要能真正能投入實際應(yīng)用，還需要解決一些實用化的問題，如異步電機定轉(zhuǎn)子電阻電感參數(shù)測量、控制參數(shù)的自適應(yīng)問題，等等。
文章版權(quán)歸西部工控xbgk所有，未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載。
服務(wù)咨詢