交流電機拖動調(diào)速體系的分析

劉羽聲

交流電機拖動調(diào)速體系的分析

交流電機拖動調(diào)速控制中應(yīng)用現(xiàn)代控制理論的依據(jù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，1960 年以后交流電機拖動調(diào)速系統(tǒng)的現(xiàn)代理論開始被建立，主要是用狀態(tài)方程描述動態(tài)系統(tǒng)。

在交流電機拖動調(diào)控體系中，根據(jù)現(xiàn)代控制理論依據(jù)可分為三種模型及一種不確定性：交流電機一般化通用模型、三相交流異步電機的模型、三相交流永磁同步電機模型、交流電機動態(tài)方程的不確定性。

對于交流電機一般化通用模型來講，盡管三向交流電機分為同步的、異步的，但是它們的定子結(jié)構(gòu)相同，唯一不同的是它們的激磁方式。而三相交流異步電機的模型在對轉(zhuǎn)子短路了解熟悉情況下，利用交流電機拖動的動態(tài)工程及電磁機理的動態(tài)方程，以線性磁路和所有互感相等為基礎(chǔ)，選不同參數(shù)作為空間參數(shù)，構(gòu)建交流異步電機的動態(tài)行為的5 階模型。我們都知道三向交流電動機是一個復(fù)雜的多變量系統(tǒng)，具有極其的復(fù)雜性、耦合性，所以僅僅用傳統(tǒng)的控制方法來調(diào)速相當(dāng)?shù)睦щy，今天的三相交流永磁同步電機模型就是采用矢量控制方法，解除交流電機的部分耦合，達(dá)到控制系統(tǒng)的簡化目的，也構(gòu)建了它獨特的數(shù)學(xué)垂直模型。

盡管交流電動機的最終模型具有一致性，它的工作參數(shù)與電動機的工作點是有著極度密切的關(guān)系，但交流電機的工作參數(shù)具有不確定性。

交流電機拖動調(diào)速控制中的穩(wěn)定性判斷

如果很難求出交流電動機的動態(tài)方程的顯式解，那么需要我們將不穩(wěn)定性轉(zhuǎn)變?yōu)槎ㄐ运季S，從其他的思維方式入手。

當(dāng)系統(tǒng)受到外界條件影響時，即系統(tǒng)受到擾動偏離正常狀態(tài)，保持在平衡周圍的小范圍下波動。但是經(jīng)過一段時間后，擾動范圍逐漸偏小，直到回到正常值，這時系統(tǒng)處于正常狀態(tài)下。

在對交流電機拖動調(diào)速控制中的穩(wěn)定性判斷中，主要根據(jù)正實函數(shù)，利用其正實性，正實性是電機穩(wěn)定性的主要指標(biāo)。此外判斷交流電機拖動調(diào)速控制穩(wěn)定性還有李雅普諾夫穩(wěn)定性判定，超穩(wěn)定性判定，黎卡提方程等。

交流電機拖動調(diào)速控制中的自適應(yīng)控制

系統(tǒng)軟件通過在線調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，適時調(diào)整并改變參數(shù)，從而控制交流電機的運行速度，使其達(dá)到最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)。交流電機拖動調(diào)速系統(tǒng)在運行過程中，會存在不同程度的不確定性，除了內(nèi)部系統(tǒng)，外部環(huán)境也存在著不可預(yù)測性。自適應(yīng)控制和最優(yōu)控制相似，是基于數(shù)學(xué)模型的控制方法，但是自適應(yīng)控制所根據(jù)的模型和擾動的經(jīng)驗知識比較少，需要在系統(tǒng)操作中不斷提取有關(guān)信息，并逐漸完善。

交流電機拖動調(diào)速體系的反思

交流電機拖動調(diào)速體系的發(fā)展方針

我們知道普通型電機調(diào)控裝置技術(shù)還是比較容易掌握的，尤其是它的風(fēng)機、壓縮機類，節(jié)能效果比較好，因此在投資方面無需過大，也可以大力推廣使用。

高性能型交流電機裝置則要有選擇地進(jìn)行試點使用及推廣，避免盲目推進(jìn)高性能交流電機裝置，以免造成浪費及不必要的經(jīng)濟(jì)損失。同時把建立具有國際先進(jìn)水平的交流電機調(diào)速體系產(chǎn)業(yè)作為我國的核心目標(biāo)。通過應(yīng)用普通型產(chǎn)品的國產(chǎn)化產(chǎn)品系列，積極推進(jìn)高性能型交流電機的更新?lián)Q代，掌握電機調(diào)速體系應(yīng)用的成熟經(jīng)驗，縮短我國在該領(lǐng)域與世界的差距，最終達(dá)到交流電機拖動調(diào)速系統(tǒng)高效且獨立的新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

交流電機拖動調(diào)速體系的發(fā)展目標(biāo)

我國要制定科學(xué)的交流電機拖動調(diào)速體系的發(fā)展目標(biāo)，積極落實“五年打基礎(chǔ)，五年大普及”的原則方針，首先把最基礎(chǔ)的變壓變頻裝置的產(chǎn)能建立起來。可以利用的有晶閘管、GTO 等，最終能滿足用戶要求。其次要掌握矢量控制技術(shù)、正弦PWM 技術(shù)等，利用這些基礎(chǔ)技術(shù)，我國要自主設(shè)計出高性能的交流電動機拖動控制系統(tǒng)。最后選擇一批典型的工業(yè)機器裝置，將高性能型交流電動機拖動調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行定點試驗，例如單臺軋機、高速電梯、機器人等，取得所需的大量操作經(jīng)驗，然后再將其進(jìn)行普及，得到應(yīng)用上的經(jīng)驗。

交流電機拖動調(diào)速控制的具體措施

科學(xué)制定十年規(guī)劃，并宏觀指導(dǎo)

通過電力系統(tǒng)的各個部門的協(xié)調(diào)配合，國家主要應(yīng)用部門的具體推進(jìn)、主要科研機構(gòu)的廣泛參與，最終把各方力量集中起來，一步一步地實現(xiàn)規(guī)劃的目標(biāo)。政府對交流電機拖動調(diào)速體系的建立具有重要的作用，通過對各有關(guān)部門的監(jiān)督，積極推動解決工作中的各項問題，制定行之有效的扶植政策，統(tǒng)一各部門的關(guān)系，最終達(dá)到宏觀指導(dǎo)。

引進(jìn)國外技術(shù)，適當(dāng)控制進(jìn)口

任何無規(guī)劃的技術(shù)引進(jìn)，都極有可能造成資金的巨大損失，因此在引進(jìn)國外技術(shù)時，邀請具有交流電機拖動調(diào)速技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗的研究人員參加，并通過高效的引進(jìn)方式對交流電機技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)，同時加以吸收。

在技術(shù)談判時，要以合理的價格引進(jìn)關(guān)鍵項目鍵位，并與國產(chǎn)交流電機部件相結(jié)合，形成生產(chǎn)能力，滿足國內(nèi)工業(yè)需要，同時也要避免出現(xiàn)用戶直接引進(jìn)技術(shù)與制造部門的脫軌現(xiàn)象。

加強學(xué)術(shù)交流，注意表彰先進(jìn)

把具有一定影響的交流電機調(diào)速技術(shù)的專業(yè)委員會及其他有關(guān)組織組織起來，并聯(lián)合舉辦技術(shù)交流大會。同時積極保持與國外的技術(shù)連接，保證我國交流電機拖動調(diào)速體系的先進(jìn)性。再對我國該領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的人進(jìn)行獎勵，讓他們充分發(fā)揮自己的才干，為我國在該領(lǐng)域追趕國際先進(jìn)水平打下堅實基礎(chǔ)，同時在生活福利方面要加大支持力度，以落實激勵政策。

總結(jié)

相對于直流電機結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、對環(huán)境要求低的特點等，交流電機更具有節(jié)能、高效等特點，然而交流電機的拖動調(diào)速體系相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，操作起來較難，但是它更符合現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，是時代對該技術(shù)的客觀要求。目前交流電機拖動調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防等很多領(lǐng)域，對推動我國走向綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路，保持高效的產(chǎn)能，具有重要意義。