可控励磁同步电动机矢量控制系统——按气隙磁场定向

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：按气隙磁场定向的可控励磁同步电动机矢量控制系统如图6.14所示。系统采用转速和电流的双闭环控制以及气隙磁链的开环控制，在基频以下保持气隙磁通不变，基频以上进行弱磁控制。图6.14 可控励磁同步电动机矢量控制系统1.转子励磁控制气隙磁通给定环节根据转速确定气隙磁通给定值Ψδ，由式计算气隙磁链电流给定值，气隙电流励磁分量Ifm=Iδ-Ism。对于定子电流的励磁分量ism，系统采用给定方式。图6.15 同步电动机矢量与相量关系

按气隙磁场定向的可控励磁同步电动机矢量控制系统如图6.14所示。可控励磁同步电动机定子由电流控制型变频器供电，电动机励磁由转子可控整流器控制，电动机轴上连接转子位置检测器（BQ）和转速检测器（FBS）。系统采用转速和电流的双闭环控制以及气隙磁链的开环控制，在基频以下保持气隙磁通不变，基频以上进行弱磁控制。

图6.14 可控励磁同步电动机矢量控制系统

1.转子励磁控制

气隙磁通给定环节根据转速确定气隙磁通给定值Ψ_δ^∗，由式（6.14）计算气隙磁链电流给定值，气隙电流励磁分量I^∗_f_m=I_δ^∗-I^∗_s_m。由图6.13可知，转子励磁电流给定值，功率角。转子励磁调节器（AFR）根据I_f^∗和励磁电流反馈I_f的偏差得到励磁整流器的控制信号，通过整流器控制励磁电流I_f。

2.按气隙磁链定向的转矩和定子电流控制

转速调节器（ASR）根据转速给定ω^∗和转速反馈ω的偏差产生转矩控制信号T_e^∗，并由式（6.15）计算定子电流转矩分量i^∗_s_t。对于定子电流的励磁分量i^∗_s_m，系统采用给定方式。由i^∗_s_t、i^∗_s_m和气隙磁通定向角θ_m（θ_m=θ+θ_d）经2r/3s变换得到三相定子电流的给定值i_A^∗、i_B^∗、i_C^∗，并经电流型变频器控制同步电动机的三相电流。三相电流的频率和相位随θ_m变化。在负载使转速出现波动时，ASR输出的转矩信号T_e^∗发生变化，通过调节定子电流的转矩分量I^∗_s_t来调节功率角θ，控制定子电流保持转速不变。

3.定子电流励磁分量和功率因数

在系统中定子电流励磁分量I^∗_s_m采用了给定的方式，I^∗_s_m给定与电动机功率因数有关。当采用交-直-交变频器时，不控整流器阻断了无功的通路，整流器网侧无功不能控制，电动机的无功由变频器中间直流环节的大电容缓冲；当使用双PWM变频器时，网侧无功受网侧PWM整流器控制，两者网侧功率因数都与电动机功率因数无关，因此选择电动机功率因数cosφ_γ=1（φ_γ=0），可取I^∗_s_m=0。

因为同步电动机的磁链矢量、电流矢量都有相同的旋转速度ω₁，（图6.12），所以可以不考虑空间矢量的旋转，这样，图中的空间旋转矢量就蜕化为相量，空间矢量图变为相量图。比较图6.4和图6.12，若将图6.4的d轴旋转θ_d角，则两图的电流矢量和相量互相对应，将两图画在一起，如图6.15所示，可以求得θ_s=90°-φ_γ。在φ_γ=0时，θ_s=90°，若定子电流is在m轴上的励磁分量i_sm=0，则定子电流i_s中只含转矩分量（i_s=i_st），控制定子电流就控制了电动机的转矩。

图6.15 同步电动机矢量与相量关系

可控励磁同步电动机矢量控制系统——按气隙磁场定向

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