武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（與通無(wú)速度傳感器交-交變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)的研究徐臘梅熊和金（武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院武漢430063）控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，不采用速度傳感器，通過(guò)仿真計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)速，提出了一套實(shí)用的交交變頻調(diào)速系統(tǒng)。運(yùn)行結(jié)果表明：在整個(gè)調(diào)速過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈的分別控制，運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)指標(biāo)好。

　　中圖法分類號(hào)：TM301.2 19f徐臘梅i女歲1碩￡1主要研究領(lǐng)域?yàn)榭谧詣?dòng)化liePublishingHouse.Allrights 0引百隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型電力電子器件不斷出現(xiàn)，交流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，由于交流電動(dòng)機(jī)是多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，與直流電動(dòng)機(jī)相比，轉(zhuǎn)矩控制要困難得多，于是人們想能否在異步電機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的方法呢，1971年德國(guó)專家首先提出的矢量變換控制理論解決了交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題，應(yīng)用坐標(biāo)變換將三相系統(tǒng)等效為兩相系統(tǒng)，再經(jīng)過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的同步旋轉(zhuǎn)變換實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量之間的解耦，從而達(dá)到對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈與電流分別控制的目的，這樣就可以將一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)等效為直流電動(dòng)機(jī)來(lái)控制，因而獲得了與直流調(diào)速系統(tǒng)同等優(yōu)良的靜動(dòng)態(tài)性能。

　　由于速度傳感器受到應(yīng)用場(chǎng)合的限制，文中研究無(wú)速度傳感器交-交變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)定子電壓和定子電流，計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的大小和轉(zhuǎn)子角速度。當(dāng)控制系統(tǒng)合成時(shí)，實(shí)施有隨后調(diào)整的從屬調(diào)節(jié)原則，外回路是轉(zhuǎn)速調(diào)整回路，它從屬于電動(dòng)機(jī)定子電流矢量分量的調(diào)節(jié)回路。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)指標(biāo)良好。

　　1矢量控制原理異步電動(dòng)機(jī)的相量圖如所示。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞總磁鏈=m-l，與轉(zhuǎn)子電流/2相互垂直，而且=mcosh（即Hmcosh）。因?yàn)榇沛準(zhǔn)噶亢痛磐ㄊ噶縃的方向一樣，其值僅差一個(gè)系數(shù)Ns（定子繞組匝數(shù)），用磁鏈計(jì)算比較簡(jiǎn)便，所以常用磁鏈?zhǔn)噶看懋惒诫妱?dòng)機(jī)中實(shí)際存在的磁通矢量H.在形式上與直流電動(dòng)機(jī)的特性十分相似，設(shè)法保持轉(zhuǎn)子磁鏈h（即是H）恒定，那么電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T就和轉(zhuǎn)子電流I2成正比?；谶@種想法，把轉(zhuǎn)子磁鏈取作磁場(chǎng)定向新坐標(biāo)的M軸，與之垂直的T軸恰與轉(zhuǎn)子電流I2方向相重合。定子電流A重新分解為一個(gè)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁鏈的勵(lì)磁電流分量IM和一個(gè)與轉(zhuǎn)子電流I2成正比的轉(zhuǎn)矩電流In，如果賦予M-T坐標(biāo)系異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，那么在電機(jī)調(diào)速過(guò)程中維持勵(lì)磁電流分量IMH不變，而控制轉(zhuǎn)矩電流分量扣，就象直流電動(dòng)機(jī)一樣實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制，系統(tǒng)將具有較好的動(dòng)態(tài)特性。這就是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量變換控制方法的思想，這種定向方法容易維持磁鏈恒定，使電機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)合理。

　　2控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)原理框圖如所示，其工作原理如下。

　　電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電壓給定信號(hào)。送入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，與反饋的轉(zhuǎn)速電壓比較，ASR輸出定子電流，轉(zhuǎn)矩分量的給定值‘以及轉(zhuǎn)差頻率信號(hào)相繞組電流提出的電壓指令信號(hào)Huse.電壓、電流傳感器送來(lái)的信號(hào)Uuu，Uuv，Uuw和uiu，u/v，u/w，分別經(jīng)3相/2相坐標(biāo)變換，獲得ut，UuU，uT，uU，它們將在磁鏈觀測(cè)器中生成磁鏈信號(hào)U〗T，uU，然后求得轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)2，和磁鏈給定信號(hào)：2，將決定定子電流勵(lì)磁分量的給定值UiT，UU和UuT，UuU?起計(jì)算出反映轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的M，M和之和送入諧波信號(hào)形成器，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶课恢玫闹C波函數(shù)sin0i，cos9i.電壓信號(hào)ut，um送入相應(yīng)的電流調(diào)節(jié)器中，與來(lái)自矢量旋轉(zhuǎn)變換器VDi的定子電流同名分量的反饋電壓u't，uim比較，輸出電壓信號(hào)UiT和MiMl，在矢量旋轉(zhuǎn)變換器VD2中，電壓UT和MiMl轉(zhuǎn)換成UiT和UU，隨后在2相/3相坐標(biāo)變換器中，UT和uU從兩相變換到三相坐標(biāo)系統(tǒng)，作為電動(dòng)機(jī)到交-交變頻器的觸發(fā)保護(hù)回路。

　　由電機(jī)TU兩相坐標(biāo)系統(tǒng)中的等值電路及公式得為定子自感；e= 1-LL；Lr為轉(zhuǎn)子自感；Lm為定轉(zhuǎn)子互感。

　　由于本系統(tǒng)不使用速度傳感器，轉(zhuǎn)子角頻率k將在基于異步電機(jī)電流模型構(gòu)成的轉(zhuǎn)速觀測(cè)器里求取。根據(jù)電流模型法轉(zhuǎn)子磁鏈公式：有由求取轉(zhuǎn)子角頻率，既方便又可靠。

　?。?）（4）和（9）構(gòu)成轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)子角頻率k的仿真計(jì)算電路，由角頻率k運(yùn)算器，磁鏈觀測(cè)器及轉(zhuǎn)子磁鏈運(yùn)算器組成。

　　3交交變頻器121變頻器包括主回路和觸發(fā)保護(hù)回路。每相主回路中包括兩套按三相橋式反并聯(lián)的晶閘管和兩個(gè)電流傳感器。電流傳感器是用來(lái)反饋相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)定子相電流信號(hào)。在晶閘管散熱片上還裝有熱敏電阻，用于實(shí)現(xiàn)變頻器的熱保護(hù)功能。觸發(fā)保護(hù)回路用于將控制系統(tǒng)輸出的電流指令信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制晶閘管的連續(xù)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

　　4結(jié)論不采用速度傳感器，利用可檢測(cè)的定子電壓和電流，通過(guò)電壓模型計(jì)算出異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁鏈實(shí)際值，再經(jīng)過(guò)矢量分析和旋轉(zhuǎn)變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)定子電流的解耦得到矢量控制系統(tǒng)的重要控制量iTi和iMi，這種無(wú)速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)適用于多種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。

　　本系統(tǒng)采用了轉(zhuǎn)矩閉環(huán)和頻率閉環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁通的分別控制，并能夠克服轉(zhuǎn)子電阻變化造成的偏差影響，所以具有對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的變化不敏感的特點(diǎn)。