1 引言
异步电机变频调速器的出现已将近半个世纪,无论采用恒压频比控制、矢量控制或直接转矩控制,都深受电机温度变化的影响,致使其在理论上的种种预期性能难于实现,常被迫扩大设备容量来使用,既增大了产品成本CONTROL ENGINEERING China版权所有,又增加了使用能耗和浪费了可贵资源CONTROL ENGINEERING China版权所有,为了建设节约型社会,需要开发节约型变频调速器。
电机温度变化所带来的影响主要是引起转子时间常数T2值(即相应转子电阻R2值)和定子电阻R1值的变化。为了有效地利用变频调速器的电流容量和电机铁芯磁路,要求实行在线磁链闭环控制,以使磁链既不欠励也不过励(即不产生大而无用的磁饱和电流)。为此其用作磁链闭环控制的在线磁链观测值自身应不受电机温度变化的影响,另外为了满足零速下起动需要,又要不含转速信号这一参数;对于电压控制型变频调速来说,还要求在包括零速在内的低速区间能正确地建立定子电压,即是能自适应T2(或R2)及R1的变化。上述二项基本要求相辅相成,缺一不可。这在文献[3]中将其部分描述为:“电机磁路的饱和情况和定子转子绕组温度的变化
文献[1]及文献[2]根据一系列相互关联的专利技术,分别从不同的方面来阐述上述二项基本要求的实施情况,从而分别构成新型具有在线温度自适应和高起动转矩的VVVF高性能变频调速器、有速度传感器的新型具有在线温度自适应和高起动转矩的高性能矢量控制变频调速器以及无速度传感器的新型具有在线温度自适应和高起动转矩的高性能矢量控制变频调速器。其用途十分广泛:包括各种用途的低/高压电机,以及各种轨道、公路电动车辆和电动船舶等等的交流变频传动。
以下本文将以其中最基本的,即仅含有定子磁链闭环自校正定子电阻环节的新型具有在线温度自适应和高起动转矩的VVVF高性能变频调速器作为对象,通过其总体仿真结果来说明其性能。
2 总体仿真结果及评述
在总体仿真结果图形中,在电机处于零速下对其加上很低的定子频率,以进行预励磁,当定子磁链通过预励磁过程上升到给定值时,即自动升频起动并随着定子频率的提升而升速运行,直到定子频率停止增加而进入稳速运行工况。
与恒压频比控制不同的是:在预励磁、零速升频起动、升速运行及稳速运行等期间的定子电压均是通过定子磁链闭环自校正定子电阻环节而自动形成的,由此可见,正确地建立定子电压是何等的重要,特别是在包括零速在内的低速区间;另外定子电压还随电机温度变化而变化,其变化可谓是细致入微,这些问题都难于用人工提升定子电压的方法去解决。
由于电机温度变化致使R1及R2分别比R1及R2增大了1.7倍,即使如此,此二图中在零速升频起动、升速运行及稳速运行等期间,定子磁链均始终以很小的误差保持在所给定值上,即具有在线温度自适应的功能www.cechina.cn,这样一来使得变频调速器的电流容量及电机磁路都获得有效的利用,具有很高的起动转矩—电流比控制工程网版权所有,并带来显著的经济效益和取得节约可贵资源的社会效果,从而开发出节约型变频调速器。处于升速运行期间的电流大小与升速快慢有关,升速快则电流大,升速慢则电流小。
3 结束语
对于鼠笼电机来说,仅凭数量不足的几个定子侧数学模型独立方程去在线观测出转子时间常数,存有实质上的困难,而转子时间常数实时值却如影随形地时时刻刻影响到异步电机变频调速性能,在文献[1]及文献[2]所涉及的专利技术中,正是巧妙地绕过了这一难关,而具有完全在线自动适应转子时间常数变化的功能。
由于采用定子磁链控制,因而不存在如转子磁链控制那样在加载下出现磁路饱和问题。
预励磁结束后R1即校正到了位,定子磁链定向于D轴也就到了位,定子电流在Q轴上的投影也就是转矩电流分量,这就很容易建立起转矩闭环,以构成有或无速度传感器的矢量控制。
由于定子磁链闭环控制未采用传统的电流控制方法www.cechina.cn,因而与转矩电流闭环之间不存在任何复杂的非线性解耦问题。
对于直接转矩控制来说,为了于包括零速在内的低速区间能正确地建立定子电压以及在线定子磁链观测,同样会遇到T2(或R2)及R1的在线实时值问题,但这些问题的解决仍有待深入研