專利名稱：交交變頻同步電機(jī)阻尼磁鏈定向控制用阻尼磁鏈觀測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種交交變頻同步電機(jī)阻尼磁鏈定向控制用阻尼磁鏈觀測器，屬電機(jī)傳動控制領(lǐng)域。
隨著電力電子學(xué)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，電氣傳動技術(shù)發(fā)展迅速，其中交交變頻同步電機(jī)調(diào)速是一種較理想的傳動方式。從1981年德國西門子公司研制成功第一臺4000KW交交變頻同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以來，世界上已有百余套這類系統(tǒng)運(yùn)行。其控制方法大都為定子磁鏈或氣隙磁鏈定向控制法。在對系統(tǒng)調(diào)試時，國外電氣公司都借助電機(jī)模擬器對該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。由于電機(jī)模擬器能給出電機(jī)的定子或氣隙磁鏈，在系統(tǒng)調(diào)試過程中，可以作為反饋量直接應(yīng)用。這就為調(diào)節(jié)整個控制系統(tǒng)的工程參數(shù)提供了依據(jù)。在整個系統(tǒng)各環(huán)節(jié)都調(diào)試完畢后，最后調(diào)整電壓模型磁鏈觀測器Mu單元。這就是說，只要調(diào)整Mu單元的參數(shù)，使其輸出與電機(jī)模擬器輸出的定子或氣隙磁鏈波形一致，即完成了磁鏈硯測器調(diào)整的全過程。
但是，電機(jī)模擬器是一項(xiàng)國外電氣公司的制造專利技術(shù)，該儀器具有40多塊控制插件板，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。此外電機(jī)模擬器是模擬電子電路構(gòu)成的簡化電機(jī)模型，采用了50多個模擬乘法器，模擬電子放大器的漂移、乘法器的運(yùn)算精度，以及電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)本身的誤差等諸因素，使模擬器與實(shí)際電機(jī)之間存在很大的差別。由電機(jī)模擬器調(diào)整的調(diào)速系統(tǒng)不可能獲得較高的控制精度和傳動性能，并且調(diào)試時費(fèi)時間。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種用于交交變頻同步電機(jī)阻尼磁鏈定向矢量控制用的阻尼磁鏈觀測器，使控制系統(tǒng)中不需要復(fù)雜的電機(jī)模擬器，并實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試。采用阻尼磁鏈觀測器觀測磁鏈，使調(diào)試裝置結(jié)構(gòu)簡單、觀測精度高，不受電機(jī)參數(shù)變化的影響。
本發(fā)明的內(nèi)容是一種交交變頻同步電機(jī)阻尼磁鏈定向控制用阻尼磁鏈觀測器，由以下各部分組成(1)用于將來自同步電機(jī)定子的三相電流iA、iB、iC和三相電壓uA、uB、uC變換為α、β坐標(biāo)分量，以得到isα、isβ和usα、usβ的2/3坐標(biāo)變換器;
(2)用于將isα、isβ作定子電阻比例系數(shù)放大，以得到isαKr、和isβKr的定子電阻比例器;
(3)用于將定子電壓α、β分量usα、usβ分別減去定子電阻比例器輸出的isαkr、isβKr，以得到usα-krisα、usβ-krisβ的減法器;
(4)用于對usα-krisα、usβ-krisβ作積分運(yùn)算以得到∫(usα-krisα)dT和∫(usβ-krisβ)dT的積分器;
(5)用于將同步電機(jī)的定子繞組漏感系數(shù)Lsl和縱軸阻尼繞組漏感系數(shù)LDdl的和與定子電流α、β坐標(biāo)分量isα、isβ相乘，以得到(Lsl+LDdl)isα、(Lsl+LDdl)isβ的漏感比例器;
(6)用于將轉(zhuǎn)子勵磁電流if與縱軸阻尼繞組漏感系數(shù)LDdl相乘，以得到LDdlif的轉(zhuǎn)子漏磁電流比例器;
(7)用于將來自同步電機(jī)轉(zhuǎn)子d軸與定子A相繞組軸線之間的夾角γ的位置系數(shù)Sinγ和Cosγ與LDdlif相乘，以得到LDdlifCosγ和LDdlifsinγ的乘法器;
(8)用于將以積分器、漏感比例器和乘法器輸出的數(shù)值相減，以得到阻尼磁鏈α、β坐標(biāo)分量ΨDα和ΨDβ的減法器;
(9)用于將ΨDα和ΨDβ作坐標(biāo)變換，以得到阻尼磁鏈Ψ的VA旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換器。


圖1是磁鏈觀測器電路框圖。
圖2是對空載運(yùn)行的同步電機(jī)加入的脈沖系列波形圖。
圖3是阻尼磁鏈?zhǔn)疽鈭D。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明內(nèi)容。
交交變頻同步電機(jī)磁鏈定向控制調(diào)速系統(tǒng)中，用到了磁鏈觀測器，磁鏈觀測器分為電流模型磁鏈觀測器(即Mi單元)和電壓模型磁鏈觀測器(即Mi單元)。在Mi單元中，由電機(jī)定子電流和轉(zhuǎn)子參數(shù)計(jì)算出所需要的反饋磁鏈。因轉(zhuǎn)子參數(shù)準(zhǔn)確性以及計(jì)算誤差使Mi的輸出與實(shí)際磁鏈值有較大的差別。電壓模型磁鏈Mu單元具有結(jié)構(gòu)簡單，觀測精度高以及電機(jī)參數(shù)變化影響小等優(yōu)點(diǎn)。同步電機(jī)磁鏈定向控制系統(tǒng)中;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在10%額定轉(zhuǎn)速以上，都采有電壓模型磁鏈觀測器來觀測磁鏈，并用它來校正電流模型Mi磁鏈觀測器。
交交變頻同步電機(jī)阻尼磁鏈定向矢量控制的關(guān)鍵技術(shù)，是Mu單元采用阻尼磁鏈觀測器。根據(jù)理論分析及數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)得阻尼磁鏈方程為

式中ΨDa、ΨDβ，usα、usβ，isα、isβ分別是阻尼磁鏈ψD、定子電壓us、定子電流is在靜止α、β坐標(biāo)上的分量;
Rs是定子繞組一相的電阻;
Lsl、LDdl分別是定子繞組和縱軸阻尼繞組漏感系數(shù);
ir是轉(zhuǎn)子勵磁電流;
γ是轉(zhuǎn)子d軸與定子A相繞組軸線之間的夾角。
根據(jù)上式構(gòu)成的電路(見圖1)就是阻尼磁鏈觀測器。
圖1中，kr為定子電阻比例器，kl為漏感比例器，kf為轉(zhuǎn)子勵磁電流比例器。
在圖1阻尼磁鏈觀測器中，定子電阻比例系數(shù)Kr＝Rs的調(diào)整比較簡單，只要把電機(jī)堵轉(zhuǎn)，在電機(jī)定子通入電流ist即可。這是因?yàn)?，電機(jī)轉(zhuǎn)速為零，其感應(yīng)電動勢也為零，此時電機(jī)定子電壓僅為定子電阻上的壓降。于是，調(diào)整Kr數(shù)值，使定子電流產(chǎn)生的電阻壓降與定子電壓相抵消，圖1觀測器輸出為零時，即完成了Kr的調(diào)整。
對圖1中定子繞組和縱軸阻尼繞組漏磁比例系數(shù)Kl＝Lsl+LDdl的調(diào)整如下。首先，對空載運(yùn)行的同步電機(jī)加入定子勵磁電流ism的脈沖系列波，波形如圖2所示，其目的是對電機(jī)磁鏈產(chǎn)生高次諧波擾動。然后用示波器測量圖1阻尼磁鏈觀測器的輸出ΨDα、ΨDβ。直到示波器觀測的阻尼磁鏈達(dá)到圓形磁鏈即可，如圖3所示。這樣便將Kl調(diào)好。
關(guān)于轉(zhuǎn)子勵磁電流比例系數(shù)Kf＝LDdl的調(diào)整如下。根據(jù)理論分析知道，當(dāng)交交變頻同步電機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，阻尼磁鏈定向自動轉(zhuǎn)為氣隙磁鏈定向。這樣一來，式(1)中的-LDdlisα和-LDdlifCosγ必須互相抵消，否則影響穩(wěn)態(tài)運(yùn)行勵磁電流if的大小。在調(diào)整kf之前先讓電機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)，隨著調(diào)整kl，勵磁電流if有所偏離其額定值。于是調(diào)整kf大小，使勵磁電流恢復(fù)為額定值即可。
將圖1中的參數(shù)調(diào)好后，即可投入調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種交交變頻同步電機(jī)阻尼磁鏈定向控制用阻尼磁鏈觀測器，其特征在于阻尼磁鏈觀察器由以下各部分組成(1)用于將來自同步電機(jī)定子的三相電流iA、iB、iC和三相電壓uA、uB、uC變換成α、β坐標(biāo)分量，以得到isα、isβ和usα、usβ的2/3坐標(biāo)變換器；(2)用于將isα、isβ作定子電阻比例系數(shù)放大，以得到isαkr和isβkr的定子電阻比例器；(3)用于將定子電壓α、β分量usα、usβ分別減去定子電阻比例器輸出的isαkr、isβkr，以得到usα-krisα、usβ-krisβ的減法器；(4)用于對usα-krisα和usβ-krisβ作積分運(yùn)算以得到∫(usα-krisα)dT和∫(usβ-krisβ)dT的積分器；(5)用于將同步電機(jī)的定子繞阻漏感系數(shù)Ls1和縱軸阻尼繞組漏感系數(shù)LDd1的和與定子電流α、β坐標(biāo)分量isα、isβ相乘，以得到(Ls1+LDd1)isα、(Ls1+LDd1)isβ的漏感比例器；(6)用于將轉(zhuǎn)子勵磁電流if與縱軸阻尼繞組漏感系數(shù)LDd1相乘，以得到LDd1if的轉(zhuǎn)子漏磁電流比例器；(7)用于將來自同步電機(jī)轉(zhuǎn)子軸d與定子A相繞組軸線之間的夾角γ的位置系數(shù)Sinγ和Cosγ與LDd1if相乘，以得到LDd1ifCosγ和LDd1ifSinγ的乘法器；(8)用于將以積分器、漏感比例器和乘法器輸出的數(shù)值相減，以得到阻尼磁鏈α、β坐標(biāo)分量ΨDα和ΨDβ的減法器；(9)用于將ΨDα和ΨDβ作坐標(biāo)變換，以得到阻尼磁鏈Ψ的VA旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交交變頻同步電機(jī)阻尼磁鏈定向控制用阻尼磁鏈觀測器，該觀測器由2/3坐標(biāo)變換器、定子電阻比例器、漏感比例器、轉(zhuǎn)子勵磁電流比例器、積分器、減法器、乘法器和VA旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換器等組成。在控制系統(tǒng)中使用該阻尼磁鏈觀測器，可不用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電機(jī)模擬器，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)在線調(diào)試。在控制性能上，能達(dá)到甚至超過常用的氣隙磁鏈定向控制，而且調(diào)試過程簡單，觀測精度高，不受電機(jī)參數(shù)變化的影響。
文檔編號H02P5/00GK1086936SQ93114898
公開日1994年5月18日 申請日期1993年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月26日
發(fā)明者李崇堅(jiān), 朱春毅, 高景德, 李發(fā)海, 丁蘊(yùn)石, 張志豪, 陳自勉 申請人:清華大學(xué), 冶金部自動化研究院傳動研究設(shè)計(jì)所