异步电动机双闭环调速系统的研究

异步电动机双闭环调速系统的研究

三相通信机的工作初始条件是获得一个稳定的旋转磁场，这需要将三相对称的东正教无线电输入子组。三相对称的正弦交流电压易得到,但是当定子绕组被输入三相对称的正弦交流电压后,其电流波形会随负载性质及大小的变化而变化,这样就很难得到恒定的旋转磁场,也就不能保证相应的电磁转矩为恒定值。为了得到恒定的旋转磁场和电磁转矩,就需把定子绕组通入的三相对称的正弦交流电压改为三相对称的正弦交流电流。电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术就是以正弦波电流为控制目标的一种控制方式。为了更好地实现电动机的调速采用了双闭环控制,把电流滞环跟踪PWM控制器作为内环,外环为转速控制环,转速调节器采用PI调节器。1滞环控制器设计电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术原理如图1,采用电流闭环控制方式。其中iA*为给定为正弦函数波,HBC为滞环控制器(环宽为2h),VT1、VT4为IGBT管,VD1、VD4为续流二极管,iA为反馈取样电流,±Ud/2为给定直流电压。在给定正弦波的正半波情况下,当iA<iA*,且ΔiA=iA*-[iA≥h],滞环控制器输出为正电平,VT1管导通,+Ud/2通过VT1管加入负载,使iA增大。当iA*=iA时,虽然ΔiA=0,但滞环控制器输出仍为正电平,VT1管仍导通,iA继续增大。直到iA增大到使iA*-iA=-h时,滞环控制器输出变为负电平,VT1管关断,但此时由于负载为感性,电流iA不会突变,而是通过二极管VD4续流,使VT4反向钳制而不能导通,输出电压为负,iA值不断下降。当iA下降到ΔiA=iA*-iA≥h后,滞环控制器输出又变为正电平,VT1管再次导通,如此VT1管和VD4交替导通,从而使输出电流紧跟给定正弦波的正半波变化。而在给定正弦波的负半波情况下,滞环控制器控制原理相类似,只是采用VT4管和VD1管交替导通。给定电流iA*的波形及输出电流iA的波形如图2。2主电源和主电源的控制装置带电流滞环跟踪PWM控制的调速系统的总体结构包括两部分:调速系统主回路结构与控制回路结构。2.1igbt管门极触发信号图3为调速系统的主回路结构图。三相交流电经三相桥式整流电路及电容滤波后变成了具有恒定电压值的直流电,为后面的三相桥式逆变器提供输入。为了保证三相桥式逆变器能快速开关,采用了高频率的全控型IGBT管,而IGBT管的门极触发信号由下面的电流滞环跟踪PWM控制器来实现。开关管VTb与Rb解决电路泵升电压问题,当控制器检测到泵升电压高压规定值时,开关管VTb导通,使多余的能量通过放电电阻Rb消耗掉。2.2电流滞环控制器的自动调节图4为调速系统的控制回路原理图。转速给定信号为Un*,转速反馈信号为Un,转速调节器(ASR)的输入为Un*与Un比较后的差值。转速调节器(ASR)的输出作为信号处理环节的输入,其输出值主要通过信号处理环节来调节电流滞环控制器的给定电流信号(iA*、iB*、iC*)的幅值,其中iA*、iB*、iC*幅值相等,相位互差2Pi/3,组成对称的三相正弦给定电流。iA、iB、iC为反馈电流,分别取自定子绕组A、B、C三相对应的电流。输出六路信号分别至主回路的六个IGBT管。当输出转速突然增大(减少)时,反馈回来的Un值将增大(减少),使转速调节器(ASR)的输入值与输出值均减少(增大),从而通过信号处理环节以减少(增大)电流滞环控制器的给定电流信号(iA*、iB*、iC*)的幅值,从而减弱(增强)电流,降低(提高)转速,达到转速自动调节的目的。若转速调节器(ASR)使用PI调节器,还可实现系统稳态无静差。3系统模拟模型的构建3.1电动单元rotor治理成件主电路模型由异步电动机模块、电动机测量单元模块、逆变器模块、直流电源、负载模块等组成。异步电动机模块选择AsynchronousMachineSIUnits(国际单位制)模块,绕组类型(Rotortype)设为绕线型(Wound)。需设置的其他额定参数主要有:额定功率、线电压、频率、定子绕组电阻、定子漏感、转子绕组电阻、转子漏感、转动惯量等。电动机测量单元模块中的电动机类型(Machinetype)选为异步电动机(Asynchronous),测量信号可根据输出需要在对话框中进行相应的勾选即可。逆变器模块选用桥式电路(UniversalBridge)模块,桥臂数设为3,电力电子装置设为IGBT/Diodes,其它参数为默认值。直流电源根据具体要求设定大小,此处设为780V。负载模块由Source库中的step模块模拟,根据具体要求设定大小。3.2转速给付信号与电流滞环跟踪控制器设计控制电路模型主要由转速给定信号、转速调节器、电流给定信号与电流滞环跟踪控制器等模型块组成。转速给定信号由一常数模块模拟,调节器采用PI调节器。下面仅详细介绍电流给定信号及电流滞环跟踪控制器的模拟。3.2.1fcn模块参数设置电流给定信号主要由信号处理环节实现,其输入为转速调节器的输出,且由转速调节器的输出来控制所需正弦波信号的幅值。信号处理环节封装前后如图5所示,Fcn模块路径为Simulink/User-definedFunctions/Fcn,Fcn模块的参数均设为u(1)*sin(314*u(3)+u(2)),即正弦信号波频率均设为50Hz,初始相位由u(2)设定,分别设为0、4*3.14/3、2*3.14/3。把此三个正弦波信号(iA*、iB*、iC*)通过MUX模块合为一个矢量信号后加入到电流滞环跟踪控制器模型的一个输入端。3.2.2电流波形误差较大时电流滞环跟踪控制器模型主要给6个IGBT管提供六路触发信号。该模型可由Sum模块、Relay模块和DataTypeConversion模块等组成。Relay模块模拟滞环控制器(HBC),需设置的参数主要是环宽h。h过大会造成电流波形误差较大,h过小虽输出电流能很好地跟踪给定电流,但会增加开关频率及开关损耗。本文设h=0.5。由于一个滞环要控制逆变器上下两桥臂的IGBT管的触发信号,而且输出的两路信号为一正一负。为了实现负的那路信号可采用Gain模块参数设为-1的方法,但由于有Relay模块的存在,仿真速度已经变慢了,为了能加快仿真,采用逻辑非来实现负。又由于Relay模块的输出数据类型为double,而逻辑操作模块(LogicalOperator)的输入为boolean型,所以需加入数据转换模块(DataTypeConversion)将Relay模块的输出变为boolean型,然后还需把逻辑操作模块的输出转换到double型供IGBT管出发用。电流滞环跟踪控制器封装前后的模型如图6。4re酸钠仿真建立如图7所示的仿真图进行仿真验证,仿真算法设为ode23tb,仿真开始时间设为0,结束时间设为5.0s。负载(step模块)初始值设为5N·m,3s后终值设为10N·m。由于有Relay模块,仿真速度较慢,但在转速达到稳态值后,仿真速度能稍微增加。仿真结果如图8,从图8(a)、(b)仿真结果,启动的恒流升速阶段电流跟踪效果非常理想,进入转速调节阶段后电流跟踪稍有波动,在转入稳定运行后电流跟踪效果又变得较好。从图8(c)结果看,由于采用滞环跟踪控制,转速上升较缓慢,在0.6s附近时转速波动较大,1.2s左右转速达到稳定。3s后负载变为10N·m后,从8(d)图可明显看出电磁转矩的平均值由原来的5N·m在3s后迅速调整为10N·m,保证了转速仍基本保持在原来的1496r/min,说明系统抗负载扰动能力