转速与磁链闭环矢量控制系统带转矩内环的优化

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：图4.12 采用电压型电流跟踪逆变器的带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统系统检测出异步电动机转速ω和三相电流后，由电流变换和磁链观测模块计算图4.12所示系统的定子电流的转矩分量ist、转子磁链Ψr和定向角φ，并按式计算电动机的转矩反馈信号Te。图4.13 采用SPWM逆变器的带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统

1.采用交-直-交电压型电流跟踪逆变器

带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统又称直接矢量控制系统，如图4.12所示。矢量控制方程是通过电流的转矩分量和励磁分量控制转矩和转子磁链，因此图4.12所示系统主电路采用了交-直-交电压型电流跟踪逆变器（参见图3.25）。系统的控制包括：电流变换和磁链观测模块、磁链给定模块、磁链调节器AΨR、转速调节器（ASR）、转矩调节器（ATR）以及二相旋转/二相静止变换模块VR^-1和二相静止/三相静止变换模块2/3。磁链给定模块根据转速ω确定转子磁链Ψ_r^∗，在基速以下恒励磁控制，基速以上弱磁控制，AΨR调节定子电流的励磁分量i_s^∗_m。ASR和ATR组成定子电流转矩分量i_s^∗_t的双闭环控制，ASR的输出限幅受磁链给定信号Ψ_r^∗控制，在弱磁情况下减小转矩限幅值T_e^∗_m。因为电动机转矩受转子磁链的影响很大，所以系统增加了转矩内环，设置转矩内环后，转子磁链的变化相当于转矩内环前向通道上的一种扰动，转矩内环对它可以有一定抑制作用，从而减小磁链变化的影响。若不设转矩环，则转子磁链的影响要在电动机转速变化后，经过ASR调节才能起作用，转矩内环能抑制扰动，加快转矩调节速度，也间接限制了电流。

图4.12 采用电压型电流跟踪逆变器的带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统

系统检测出异步电动机转速ω和三相电流后，由电流变换和磁链观测模块（见图4.9）计算图4.12所示系统的定子电流的转矩分量i_s^∗_t、转子磁链Ψ_r和定向角φ，并按式（4.58）计算电动机的转矩反馈信号T_e。系统工作时，定子电流转矩分量i_s^∗_t随转速偏差Δω调节。i_s^∗_t和i_s^∗_m经VR^-1模块和2/3模块，得到定子三相电流给定信号i_A^∗、i_B^∗、i_C^∗。电压型电流跟踪逆变器根据i_A^∗、i_B^∗、i_C^∗控制定子三相电流，从而控制电动机磁链和转速。

在提高转速给定ω^∗时，ASR和ATR输出增加，i_A、i_B、i_C的转矩分量增加，在动态中，电流幅值和频率随转速变化，提高了电动机调速的动态响应能力。

2.采用电压型SPWM逆变器

电流跟踪逆变器的电流调制频率不固定，变化较大，对电动机转矩波动影响较大，电压型SPWM逆变器调制频率是载波（三角波）频率，较高的载波频率可以减少转矩波动，因此图4.13所示系统采用了电压型SPWM逆变器。系统控制原理与采用电流跟踪逆变器系统（见图4.12）相同，不同之处是增加了三相电流调节器（ACR）。ACR的输出是SPWM逆变器的三相电压调制信号u_A^∗、u_B^∗、u_C^∗，ACR使u_A^∗、u_B^∗、u_C^∗跟随电流变化，因为三相电流和电压都是正弦波信号，所以对ACR的参数整定和调节速度要求较高。磁链给定和三相电流给定后的滤波器用于减少给定波动对转速和磁链的影响。

图4.13 采用SPWM逆变器的带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统

转速与磁链闭环矢量控制系统带转矩内环的优化

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