基于Matlab的雙饋調(diào)速系統(tǒng)研究

1．雙饋調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成[1]

　　對(duì)于繞線式異步電機(jī)，定子接有固定頻率(50Hz)的工業(yè)電源，轉(zhuǎn)子側(cè)接有頻率、幅值、相位可調(diào)的變頻器電源后即構(gòu)成雙饋調(diào)速系統(tǒng)。在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上裝上轉(zhuǎn)子頻率檢測(cè)器測(cè)出轉(zhuǎn)差頻率，利用此信號(hào)及矢量控制技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻電源輸出電壓（電流）幅值、頻率及相位的控制，并使異步電機(jī)的調(diào)速性能幾乎與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能相媲美。

2．矢量控制的理論基礎(chǔ)

　　為達(dá)到良好的調(diào)速性能對(duì)雙饋電機(jī)采取先進(jìn)的矢量控制技術(shù)。矢量控制的實(shí)質(zhì)是在交流電機(jī)里構(gòu)建出直流電機(jī)的模型，用直流電機(jī)的調(diào)速方法對(duì)其調(diào)速，而為了對(duì)真實(shí)的可控量進(jìn)行控制，又須將其變換到原來(lái)所在坐標(biāo)系的坐標(biāo)。具體的實(shí)現(xiàn)方法是先求出定子磁鏈的方向，并以該方向?yàn)橥叫D(zhuǎn)坐標(biāo)系的dc軸，超前其90º的方向?yàn)閝c軸，這樣就構(gòu)成了dc-qc同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。對(duì)轉(zhuǎn)子電流進(jìn)行了從三相到兩相變換后，再將其變換到同步坐標(biāo)系下，轉(zhuǎn)子電流就被解耦成了一對(duì)轉(zhuǎn)矩分量和激磁分量。前者位于qc軸，電磁轉(zhuǎn)矩只和該值有關(guān)；后者位于dc軸，起到激磁的作用，可改善定子側(cè)的功率因數(shù)。

　　反之若維持定子側(cè)電壓幅值恒定，則

恒定。則由電磁轉(zhuǎn)矩統(tǒng)一公式知T=

　　在保證Us（即

）恒定的條件下，控制

即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。

3．控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過(guò)解耦后，就可用直流調(diào)速的方法對(duì)其進(jìn)行控制。在控制系統(tǒng)中，給定量是轉(zhuǎn)速，受控量是電磁轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)子電流的轉(zhuǎn)矩分量）。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，兩者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管變流器的觸發(fā)裝置。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)靜差，其輸出限幅值決定允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用是電流跟隨，過(guò)流保護(hù)和及時(shí)抑制。

　　為了獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅的，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅(飽和)電壓是Uin*，它決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓是Uctm，它限制了晶閘管變流器輸出電壓的最大值。[2]

圖 1雙閉環(huán)比例-積分調(diào)節(jié)示意圖

4．Matlab 仿真模型的建立

　　雙饋系統(tǒng)的仿真模型包括電機(jī)模塊、控制系統(tǒng)模塊、變頻器模塊。

　?。?）電機(jī)模塊

　　Matlab中已經(jīng)建立了異步電機(jī)模型，轉(zhuǎn)子方面的各參量均折合到定子側(cè)，并用上標(biāo)撇號(hào)表示，其等效電路模型為

　　該對(duì)話框里沒(méi)有電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電壓變比關(guān)系一項(xiàng)，在此數(shù)學(xué)模型中這一信息也無(wú)法體現(xiàn)。比如，定轉(zhuǎn)子的額定電壓分別是6000伏、1640伏，但當(dāng)仿真定子側(cè)接6000伏電壓、轉(zhuǎn)子側(cè)開(kāi)路這種狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子側(cè)的電壓也是6000伏，因此不宜將模型的轉(zhuǎn)子直接與變頻器模型直接相連。為了體現(xiàn)定轉(zhuǎn)子之間電壓、電流的變比關(guān)系，在轉(zhuǎn)子輸出端接一近似理想的三相兩繞組變壓器，該變壓器副邊的輸出作為轉(zhuǎn)子的輸出，變壓器的變比為定子側(cè)額定電壓與轉(zhuǎn)子側(cè)額定電壓的比值。