CN1034844C - 交交变频同步电机阻尼磁链定向控制用阻尼磁链观测器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交交变频同步电机阻尼磁链定向控制用阻尼磁链观测器，该观测器由2/3坐标变换器、定子电阻比例器、漏感比例器、转子励磁电流比例器、积分器、减法器、乘法器和VA旋转坐标变换器等组成。在控制***中使用该阻尼磁链观测器，可不用结构复杂的电机模拟器，实现对***在线调试。在控制性能上，能达到甚至超过常用的气隙磁链定向控制，而且调试过程简单，观测精度高，不受电机参数变化的影响。

Description

交交变频同步电机阻尼磁链定向控制用阻尼磁链观测器
本发明涉及一种交交变频同步电机阻尼磁链定向控制用阻尼磁链观测器，属电机传动控制领域。
随着电力电子学、微电子技术及现代控制理论的发展，电气传动技术发展迅速，其中交交变频同步电机调速是一种较理想的传动方式。从1981年德国西门子公司研制成功第一台4000KW交交变频同步电机调速***以来，世界上已有百余套这类***运行。其控制方法大都为定子磁链或气隙磁链定向控制法。在对***调试时，国外电气公司都借助电机模拟器对该***进行调试。由于电机模拟器能给出电机的定子或气隙磁链，在***调试过程中，可以作为反馈量直接应用。这就为调节整个控制***的工程参数提供了依据。在整个***各环节都调试完毕后，最后调整电压模型磁链观测器Mu单元。这就是说，只要调整Mu单元的参数，使其输出与电机模拟器输出的定子或气隙磁链波形一致，即完成了磁链砚测器调整的全过程。
但是，电机模拟器是一项国外电气公司的制造专利技术，该仪器具有40多块控制插件板，结构复杂，价格昂贵。此外电机模拟器是模拟电子电路构成的简化电机模型，采用了50多个模拟乘法器，模拟电子放大器的漂移、乘法器的运算精度，以及电机设计参数本身的误差等诸因素，使模拟器与实际电机之间存在很大的差别。由电机模拟器调整的调速***不可能获得较高的控制精度和传动性能，并且调试时费时间。
本发明的目的是设计一种用于交交变频同步电机阻尼磁链定向矢量控制用的阻尼磁链观测器，使控制***中不需要复杂的电机模拟器，并实现在线调试。采用阻尼磁链观测器观测磁链，使调试装置结构简单、观测精度高，不受电机参数变化的影响。
本发明的内容是：一种交交变频同步电机阻尼磁链定向控制用阻尼磁链观测器，由以下各部分组成：
(1)用于将来自同步电机定子的三相电流iA、iB、iC和三相电压uA、uB、uC变换为α、β坐标分量，以得到isα、isβ和usα、usβ的2/3坐标变换器；
(2)用于将isα、isβ作定子电阻比例系数放大，以得到isαkr、和isβKr的定子电阻比例器；
(3)用于将定子电压α、β分量usα、usβ分别减去定子电阻比例器输出的isαkr、isβKr，以得到usα-krisα、usβ-krisβ的减法器；
(4)用于对usα-krisα、usβ-krisβ作积分运算以得到∫(usα-krisα)dT和∫(usβ-krisβ)dT的积分器；
(5)用于将同步电机的定子绕组漏感系数Ls1和纵轴阻尼绕组漏感系数LDd1的和与定子电流α、β坐标分量isα、isβ相乘，以得到(Ls1+LDd1)isα、(Ls1+LDd1)isβ的漏感比例器；
(6)用于将转子励磁电流if与纵轴阻尼绕组漏感系数LDd1相乘，以得到LDd1if的转子漏磁电流比例器；
(7)用于将来自同步电机转子d轴与定子A相绕组轴线之间的夹角γ的位置系数Sinγ和Cosγ与LDd1if相乘，以得到LDd1ifCosγ和LDd1ifsinγ的乘法器；
(8)用于将以积分器、漏感比例器和乘法器输出的数值相减，以得到阻尼磁链α、β坐标分量ψDα和ψDβ的减法器；
(9)  用于将ψDα和ψDβ作坐标变换，以得到阻尼磁链ψ的VA旋转坐标变换器。
附图说明：
图1是磁链观测器电路框图。
图2是对空载运行的同步电机加入的脉冲系列波形图。
图3是阻尼磁链示意图。
下面结合附图，详细介绍本发明内容。
交交变频同步电机磁链定向控制调速***中，用到了磁链观测器，磁链观测器分为电流模型磁链观测器(即Mi单元)和电压模型磁链观测器(即Mi单元)。在Mi单元中，由电机定子电流和转子参数计算出所需要的反馈磁链。因转子参数准确性以及计算误差使Mi的输出与实际磁链值有较大的差别。电压模型磁链Mu单元具有结构简单，观测精度高以及电机参数变化影响小等优点。同步电机磁链定向控制***中；当电机转速在10％额定转速以上，都采有电压模型磁链观测器来观测磁链，并用它来校正电流模型Mi磁链观测器。
交交变频同步电机阻尼磁链定向矢量控制的关键技术，是Mu单元采用阻尼磁链观测器。根据理论分析及数学模型的推导得阻尼磁链方程为：
Figure C9311489800051
式中ψDα、ψDβ，usα、usβ，isα、isβ分别是阻尼磁链ψD、定子电压us、定子电流is在静止α、β坐标上的分量；
Rs是定子绕组一相的电阻；
Ls1、LDd1分别是定子绕组和纵轴阻尼绕组漏感系数；
if是转子励磁电流；
γ是转子d轴与定子A相绕组轴线之间的夹角。
根据上式构成的电路(见图1)就是阻尼磁链观测器。
图1中，kr为定子电阻比例器，k1为漏感比例器，kf为转子励磁电流比例器。
在图1阻尼磁链观测器中，定子电阻比例系数Kr＝Rs的调整比较简单，只要把电机堵转，在电机定子通入电流ist即可。这是因为，电机转速为零，其感应电动势也为零，此时电机定子电压仅为定子电阻上的压降。于是，调整Kr数值，使定子电流产生的电阻压降与定子电压相抵消，图1观测器输出为零时，即完成了Kr的调整。
对图1中定子绕组和纵轴阻尼绕组漏磁比例系数K1＝Ls1+LDd1的调整如下。首先，对空载运行的同步电机加入定子励磁电流ism的脉冲系列波，波形如图2所示，其目的是对电机磁链产生高次谐波扰动。然后用示波器测量图1阻尼磁链观测器的输出ψDα、ψDβ。直到示波器观测的阻尼磁链达到圆形磁链即可，如图3所示。这样便将K1调好。
关于转子励磁电流比例系数Kf＝LDd1的调整如下。根据理论分析知道，当交交变频同步电机在稳态运行时，阻尼磁链定向自动转为气隙磁链定向。这样一来，式(1)中的-LDd1isα和-LDd1ifCosγ必须互相抵消，否则影响稳态运行励磁电流if的大小。在调整kf之前先让电机运行在额定状态，随着调整k1，励磁电流if有所偏离其额定值。于是调整kf大小，使励磁电流恢复为额定值即可。
将图1中的参数调好后，即可投入调速***的运行。

Claims (1)

1、一种交交变频同步电机阻尼磁链定向控制用阻尼磁链观测器，其特征在于阻尼磁链观察器由以下各部分组成：
(1)用于将来自同步电机定子的三相电流iA、iB、iC和三相电压uA、uB、uc变换成α、β坐标分量，以得到isα、isβ和usα、usβ的2/3坐标变换器；
(2)用于将isα、isβ作定子电阻比例系数放大，以得到isαkr和isβkr的定子电阻比例器；
(3)用于将定子电压α、β分量usα、usβ分别减去定子电阻比例器输出的isαkr、isβkr，以得到usα-krisα、usβ-krisβ的减法器；
(4)用于对usα-krisα和usβ-krisβ作积分运算以得到∫(usα-krisα)dT和∫(usβ-krisβ)dT的积分器；
(5)用于将同步电机的定子绕阻漏感系数Ls1和纵轴阻尼绕组漏感系数LDdl的和与定子电流α、β坐标分量isα、isβ相乘，以得到(Ls1+LDd1)isα、(Ls1+LDd1)isβ的漏感比例器；
(6)用于将转子励磁电流if与纵轴阻尼绕组漏感系数LDd1相乘，以得到LDd1if的转子漏磁电流比例器；
(7)用于将来自同步电机转子轴d与定子A相绕组轴线之间的夹角γ的位置系数Sinγ和Cosγ与LDd1if相乘，以得到LDd1ifCosγ和LDd1ifSinγ的乘法器；
(8)用于将以积分器、漏感比例器和乘法器输出的数值相减，以得到阻尼磁链α、β坐标分量ψDα和ψ Dβ的减法器；
(9)用于将ψDα和ψDβ作坐标变换，以得到阻尼磁链ψ的VA旋转坐标变换器。
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