磁链计算模型分析详解演示教学.doc
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1、磁链计算模型分析详解精品资料磁链计算模型分析详解1 引言 异步电机按转子磁场定向的矢量控制系统中,转子磁链的准确估计至关重要。如果转子磁链的估计不准确,转子磁场定向控制系统应有的优点,即实现转矩和磁通的解耦控制将无法实现。 由于直接检测转子磁链的方法受到工艺和技术方面的限制,在实际的控制系统中,多采用间接计算转子磁链的方法,即利用直接测得的电压、电流或转速等信号,借助于转子磁链计算模型,实时计算磁链的幅值和相位。转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来,也可以利用状态观测器或状态估计理论得到闭环的观测模型。闭环方式的观测模型,因计算比较复杂,理论研究尚不十分成熟,实际使用较少,多用比较简单的
2、计算模型。在计算模型中,由于主要实测信号的不同,又分为电流模型和电压模型两种1。 采用电压模型法,由于存在电压积分问题,结果在低速运行时,模型运算困难。采用电流模型法时,由于存在一阶滞后环节,在动态过程中难以保证控制精度。通常的组合模型法是考虑在不同的速度范围采用不同的计算模型,主要是解决好过渡问题2。该方法用到两个计算模型,计算复杂,且过渡处理造成成本增加。而本文却是直接通过对两个模型的计算方程进行组合处理,消除了电压模型中的积分环节和电流模型法中的一阶延时环节,得到一个新的磁链计算模型,并将其结合矢量控制系统进行仿真研究,结果表明该模型具有较好的动态性能。2 常用转子磁链计算模型2.1 两
3、相静止坐标系下转子磁链的电压模型 根据定子电流和定子电压的检测值来估算转子磁链,所得出的模型叫做电压模型。在两相静止坐标系下由定子电压方程可以得出34: (1) 转子磁链方程为: (2) 由上式得到转子电流分量:(3) 用式(3)把式(1)中的ir和ir置换掉,整理后得: (4) 将漏磁系数代入其中,并对等式两侧取积分,即得转子磁链的电压模型为: (5) 由以上分析易知,电压模型法实际上是一个纯积分器,而纯积分器的累积误差和漂移问题都会导致系统失稳。为解决该问题,目前已有一些改进的电压模型法,如采用一阶惯性滤波环节来代替纯积分环节2。2.2 两相静止坐标系下转子磁链的电流模型 根据描述磁链与电
4、流关系的磁链方程来计算转子磁链,所得出的模型叫做电流模型。由实测的三相定子电流通过3/2变换很容易得到两相静止坐标系上的电流is和is。 异步电动机在两相静止坐标系上的转子电压方程为: (6) 由于笼型异步电动机转子是短路的,故ur=ur=0。 将式(2)、(3)带入式(6)中,整理后可得转子磁链的电流模型为: (7) 式中:转子时间常数;p微分算子,;转子转速。 利用求得的r和r可以方便的计算出r的幅值和相位。 该模型不存在对电压积分环节,可以在全速范围内运用。由于转子电路具有阻碍磁通变化的作用,所以转子磁链r是定子电流和转速的一节惯性环节。正因如此,当定子电流励磁分量突变时,转子磁链的变化
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