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乘客电梯的矢量变换控制变频调速系统
发布者：admin 发布时间： 2012-10-12 08:27 浏览次数：
1.问题的引出
乘客电梯从对异步电动机转差频率控制闭环变频调速系统的分析可知，由于解决了交流异步电动机电磁转矩的控制问题，使得调速系统的动态性能得到提高。但是，转差频率控制的线性范围是有限的，而且是建立在异步电动机稳态等效电路基础之上并从稳态转矩公式出发的。因此，保持气隙磁通巾m恒定这一要求，也只有在稳态时才得以实现。而在动态时，磁通0，就不会保持恒定，实际动态性能就会受到影响。此外，调节器只控制了定子电流的幅值，而没有控制相位。由于在动态过程中，对幅值和相位不能协调控制，所以动态转矩的变化就会延缓。
2.矢量变换方法简介以往，为了能用经典控制理论设计控制系统，对交流异步电动机都是在忽略电磁惯性等因素的假定情况下，来建立单输人(电压或电流)、单输出(转速)控制对象的近似动态结构，使得所建立的模型与实际动态过程有距离，因此控制效果不能令人满意。
如果仔细深人地分析异步电动机，就会发现它是多变量系统。为了获得良好的动态性能，在对其进行变频调速控制时，至少要有电压(或电流)和频率两个独立输人变量，以便进行电压(或电流)和频率协调控制。对于输出变量，除了控制的目的，即控制转速以外，对磁通也需要进行控制.以便在动态过程中使磁通尽量保持恒定，产生较大的动态转矩。要在动态过程中保持转子全磁通幅值。，.恒定，就要适当提高电动机定子电压UI，使其除了抵消定子漏感压降以外，还要抵消转子漏感压降。然而，寻求对定子电压U:的动态控制规律并非易事。因为异步电动机实际上是一个高阶、非线性、多变量且强藕合的复杂系统。要想改善动态性能，就要建立更能描述实际系统的数学模型，这样的模型应由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。可是，这样的多变量的复杂系统模型一旦写出来，就会发现，对其直接应用处理将十分困难。经研究得知，目前对异步电动机多变量数学模型最可行的处理方法，是对其进行坐标变换，以使其在保留非线性和多变量实质的情况下得到简化，从而便于工程上的实际应用。
如前所述，对异步电动机的多变量动态模型的处理，应该以直流电动机为目标。直流电动机的数学模型之所以简单，是由于电刷的作用使励磁绕组磁势与电枢绕组磁势互相垂直，如图2.116所示。图中F为励磁绕组，以主磁通 0的方向作为d轴方向;;A为电枢绕组;C为补偿绕组，其磁势在q轴上。由于补偿绕组C的补偿作用，而且其磁势又在垂直于d轴的4轴上，所以对主磁通0几乎没有影响。于是，直流电机的工作磁通只有励磁磁通0，影响0的因素极少，很容易被恒定。因此，磁通0也就不参与动态过程。然而，交流异步电动机有三相空间对称布置的定子静止绕组U,v,w，以及随转子旋转的三相转子绕组(均等效为三相绕线式转子)u,v,wo 感定子各相绕组和转子各相绕组均有漏定子和转子的各相绕组之间以及定子绕组与转子绕组之间又有互感，形成了很多影响磁通的因素以及被磁通影响的因素。因此，交流异步电动机的磁场是一个比直流电动机复杂得多的系统。当交流电动机三相静止绕组U,V,w通以三相对称电流iu,iv,扬时，便产生合成旋转磁动势F，它在空间以正弦规律分布，以同步转速。:按U一V一w相序旋转，如图 2.117(a)所示。当在多相对称绕组中通以多相平衡电流时.
为直流电动机是二极绕组，所以就对空间互差同样产生合成旋转磁动势。因两相交流电流iQ, ig90。的两相静止绕组。、p，通以时间互差90“的，同样产生合成旋转磁动势F，如图2.117(b)所示。磁动势大小和转速都相等，则认为两相绕组与三相绕组等效。若两种情况的旋转相互垂直的绕组M和T是固定的。如果让绕组如果另有两个匝数相等而且动势大小与图2.，分别通以直流编、i,，产生合成磁动势F，其位置相对于M,T绕组 M,T连同铁心一起以同步转速。，旋转，如图2.117(c)所示，而且磁 117(a)的磁动势F也一样，则图2.117(a),(b),(c)就完全等效。而对于图 2.117(c)来讲，就绕组和铁心的整体来讲，就是一个直流电动机物理模型，其中绕组M相当于励磁绕组，绕组T相当于电枢绕组。经过以上处理，按磁动势相同的等效原则，最后就得到了与三相异步电动机等效的直流电动机模型，即三相坐标系的电流iu,iv,俪，两相坐标系下的交流电流i,,枯以及旋转的两相坐标系下的直流￡MN i,都是等效的。由此可知，坐标变换的任务就是，求出以上三个坐标系下电流之间的准确等效关系。关于具体的坐标变换，在此不作详细推导，只是定性地、概括地说明处理方法。
