交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的控制方案

程磊

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各方領(lǐng)域都得到了顯著的提升，尤其是電力電氣技術(shù)水平在不斷提升，對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)的電氣傳動(dòng)控制提出了更高的要求，必須要提高交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的效率。本文就是通過(guò)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的控制器和變頻器的闡述，對(duì)相關(guān)的傳動(dòng)控制方案進(jìn)行研究，并提出相關(guān)的建議。

關(guān)鍵詞：交流電動(dòng)機(jī)；電氣傳動(dòng)；控制方案

中圖分類(lèi)號(hào)：TF748 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

我國(guó)的科學(xué)技術(shù)在不斷地發(fā)展，集成電路已經(jīng)成為電力發(fā)展的一大主流，電子科學(xué)技術(shù)獲得了快速的發(fā)展，在這樣的情況下，交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的控制也逐漸被人們所重視，航空航天工業(yè)機(jī)器人的研究也離不開(kāi)交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)控制。本文主要是從控制器、變頻器和相關(guān)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)幾個(gè)方面來(lái)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)的控制方案進(jìn)行詳細(xì)的研究，從而提高電氣傳動(dòng)的效率。

一、變頻器

交流電動(dòng)機(jī)變頻器主要有兩種，一種是電流型逆變器，另外一種是電壓型逆變器，這兩種變頻器在交流電動(dòng)機(jī)中是經(jīng)常被使用的，這主要是由于VSI結(jié)構(gòu)是有著一定的簡(jiǎn)便性特征的，在使用的過(guò)程中，是不需要任何主電路來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制的，這兩種變頻器數(shù)適合使用在改變轉(zhuǎn)向或者是頻繁加速的系統(tǒng)中，有著良好的穩(wěn)定性，可以在高性能的裝置中使用，因此人們會(huì)選擇VSI，如果具有一定的再生能力，才能夠考慮使用CSI，但是在一般的情況下，有許多的商業(yè)和工業(yè)都會(huì)使用VSI， VSI的使用頻率較高。

電壓型變頻器在使用的過(guò)程中，主要是利用直流電壓來(lái)進(jìn)行固定的，并且使用合適的脈沖寬度來(lái)對(duì)整個(gè)逆變器進(jìn)行控制，并且使用開(kāi)關(guān)對(duì)脈沖寬度進(jìn)行切換，根據(jù)實(shí)際的使用情況，可使用方案較多，需要根據(jù)工業(yè)以及商業(yè)的實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行調(diào)整，還要綜合考慮軟件技術(shù)和控制手段。

在使用 PWM控制手段的過(guò)程中，必須要最大限度地減少高次諧波所產(chǎn)生的損失，這一控制手段可以使高次諧波降到最低，也能夠最大限度地降低噪聲，這樣就能夠使交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距脈動(dòng)達(dá)到最小，從而提高有效電壓的利用效率。

在工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，電壓型異變器被廣泛的使用，主要的控制方法是利用脈沖模型法來(lái)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的各個(gè)相位進(jìn)行分析，獲得相位的準(zhǔn)確電壓數(shù)據(jù)，還要根據(jù)每一個(gè)模型的貯存記憶和記憶器件的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)逆變器進(jìn)行科學(xué)的控制，但是這種方式也存在著一定的缺陷，頻率精度和電壓精度都是有限的。PWM法中有代表性的一種方法是正弦波近似三角波比較法，為了能夠使三相電壓指令值和輸出電壓是相當(dāng)?shù)?，就可以使用三角波的大小指?lái)對(duì)相關(guān)的電壓進(jìn)行比較，從而確定開(kāi)關(guān)的切換點(diǎn)。輸出的電壓波形在一周之內(nèi)的指令值與平均值是成一定比例的，在這一過(guò)程中也能夠獲得需要送入電動(dòng)機(jī)的電壓，與此同時(shí)，還要對(duì)三角波的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，這一頻率需要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行上下幅度的波動(dòng)。如果是高性能的電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)的感應(yīng)性能好，那么在控制的過(guò)程中，必須要做好檢測(cè)、控制策略和瞬態(tài)性能的控制硬件的確定。

二、控制器

交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，相關(guān)的工作人員可以利用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方法來(lái)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，這種控制方法使用比較普遍，為了能夠?qū)﹄姶呸D(zhuǎn)矩進(jìn)行進(jìn)一步的控制，對(duì)電動(dòng)機(jī)的電磁進(jìn)行科學(xué)的使用，可以利用電流的作用力，從而形成較大的電磁轉(zhuǎn)矩之后，可以加快系統(tǒng)的流程，在這一過(guò)程中工作人員就可以對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行進(jìn)一步的控制，真正的做到矢量和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，這種解耦控制可以對(duì)交流電動(dòng)機(jī)電氣的傳動(dòng)起到主導(dǎo)性的作用。首先，要在基速以下使磁鏈保持恒定，之后就可以對(duì)定子電流或者是電樞電流的轉(zhuǎn)距分量進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)距的目的。其次，要在基速以上使用弱磁控制方法，并且引入除法環(huán)節(jié)，這樣就能夠?qū)﹄姍C(jī)內(nèi)部的乘法效用進(jìn)行消除，從而真正的實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。最后，要根據(jù)轉(zhuǎn)距模型來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行推算，利用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制法或者是定子磁鏈的幅值對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。

三、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)

（一）高性能變速傳動(dòng)通用控制器

高性能變速傳動(dòng)通用控制器的主要控制原理是利用速度誤差在達(dá)到了控制器的一定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，就可以獲得與電動(dòng)機(jī)的預(yù)期值成呈相關(guān)比例的一個(gè)值進(jìn)行相應(yīng)的輸出，由于電流磁通和轉(zhuǎn)矩之間呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系，因此轉(zhuǎn)距所擁有的參數(shù)值和磁通進(jìn)行比較，就能夠獲得傳動(dòng)系統(tǒng)的電流參考值，如果速度沒(méi)有達(dá)到額定值，那么磁通就會(huì)處在一種恒定的狀態(tài)，在這樣的情況下，電流就會(huì)達(dá)到人們的預(yù)計(jì)值，在此基礎(chǔ)上，這一電流的數(shù)值就能夠像電流控制的一環(huán)進(jìn)行輸送，這種控制方式主要是利用多環(huán)路控制方法進(jìn)行的，在這一控制過(guò)程中還要嵌套反饋環(huán)，相對(duì)于其他的外環(huán)來(lái)說(shuō)，反饋環(huán)的速度必須要比其他外環(huán)大。

（二）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)直接轉(zhuǎn)距控制系統(tǒng)

由于逆變器所組成的電動(dòng)機(jī)的電源模式并不是純正弦，在這樣的情況下，相關(guān)的工作人員在調(diào)速的時(shí)候，就不能夠充分的保證氣隙磁通是恒定的，因此必須要使用相關(guān)的理論來(lái)跟蹤主磁通，確保主磁通道速度是恒定的。除此之外，平滑圓周相似于多邊形，因此多邊形角越多較多，那么就會(huì)越來(lái)越接近圓形。

工作人員可以利用平滑圓周來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行微機(jī)控制，可以使用等十二邊形，還要保證有6個(gè)空間磁通的矢量的方向和相關(guān)的矢量方向是相同的，其他的傳送方向和矢量方向是有著一定的差異性的，因此必須要對(duì)空間非零電壓的矢量按照順序進(jìn)行編制，不能夠打破相關(guān)的順序，否則實(shí)磁通矢量就無(wú)法確定，不能夠跟隨時(shí)實(shí)磁通矢量。對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)進(jìn)行控制，主要的目的就是為了對(duì)圓周的弧進(jìn)行確定，目前所使用的對(duì)應(yīng)方案，主要是保證主磁通矢量能夠有著適當(dāng)?shù)能壽E，而且矢量中心要與這些軌跡保持對(duì)稱(chēng)，這樣才能夠充分保證主磁通的幅值能夠達(dá)到額定值的相應(yīng)范圍，充分保證整個(gè)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的微機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)能夠被正常的使用。

這一系統(tǒng)由16位PC機(jī)、接口電路和外圍電路構(gòu)成。所有電壓、電流和磁通都由瞬時(shí)空間矢量表示，而且每一瞬時(shí)空間矢量都分解為D軸變量和Q軸變量。該系統(tǒng)不需要電壓傳感器，其電動(dòng)機(jī)的端電壓Vd，Vq可以由非零空間電壓矢量V，（Sa，Sb，Sc）推導(dǎo)出來(lái)，該計(jì)算值可存放在表中，一旦選定了1個(gè)非零空間電壓矢量，控制程序就訪問(wèn)該表。在控制程序中，需編制三張表：空間非零電壓矢量表；V1（Sa，Sb，Sc）的時(shí)寬表，Vd，Vq值表。這三張表均與V1（Sa，Sb，Sc）有關(guān)，但字節(jié)數(shù)不同，因而不同的表需設(shè)置不同的計(jì)算器。

結(jié)論

本文例舉了幾種類(lèi)型的交流電動(dòng)機(jī)電氣傳動(dòng)所制定的控制方案，并且做出了詳細(xì)分析，這些控制方案都能夠從不同方面呈現(xiàn)出電氣傳動(dòng)的一些特診。因?yàn)镮GBT、IIGCT等功能良好的功率器件的大量涌出，從而使變頻主電路呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，并且致使控制電路不斷的進(jìn)步。

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