同步发电机的建模及在稳态系统中的应用

(东北电力大学自动化工程学院,吉林吉林132012)

摘 要本文以同步发电机为研究对象,通过对其建模的建立,来研究其建模在稳态系统中的具体应用,以确定同步电机的参数作为测定方法,通过对其伺服系统的稳定性的分析,得出一些具体的理论推导以及实践应用。

关键词同步电机;参数;永磁

中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)092-0178-01

随着人工智能化的不断发展,应用于电机方面的基于电机参数变化进行的在线识别技术可以运用采集的参数对系统进行调速控制,智能控制成为电机传动控制系统中的重要技术。基于人工智能的专家系统(ExpertSystem),基于模糊集合理论(FuzzyLogic)的模糊控制和基于人工神经网络(Artificia1NeuraNetwork)的神经控制,这三条是实现智能控制的有效途径。

根据测量得到的电机电流和电压信号的数值及其关系,可以得到永磁同步电机无速度传感器矢量的控制技术。通过测得的电机的转速以估算转子的位置,这是对永磁同步电机调速系统采用的直观的一种方法。这是一种利用其特殊的电磁特性以确定和构造速度与转子之间关系的方法,通过对定子磁链矢量的空间计算可以求的转子的位置,或者通过计算定子相电感来确定转子的位置。随着识别控制技术的不断发展,在电机的无速度传感器矢量控制技术中主要采用的观测器有:全阶状态观测器、自适应观测器、变结构观测器、卡尔曼滤波器等,采用这些方法构造的电机转子位置和速度观测器具有动态性能好、稳定性强。参数敏感性小等特点。随着高速数字信号处理器(DSP)技术的发展,使得各种具有优良性能的速度观测器能够在无速度传感器矢量控制系统中广泛运用。

1 同步电机参数的测定

用空载特性和短路特性确定Xd 空载特性可以用空载试验测出:

1)电枢开路(空载),用原动机把被试同步电机拖动到同步转速;改变励磁电流If,并记取相应的电枢端电压U0(空载时即等于E0),直到U0≈1.25UN左右,可得空载特性曲线、气隙线空载曲线。

2)将被试同步电机的电枢端点三相短路,用原动机拖动被试电机到同步转速,调节励磁电流If使电枢电流I从零起一直增加到1.2 IN左右,便可得到短路特性曲线短路时,端电压U=0短路时,端电压U=0。

3)短路时,端电压U=0,短路电流仅受电机本身阻抗的限制.,通常电枢电阻远小于同步电抗,因此短路电流可认为是纯感性,此时电枢磁动势接近于纯去磁性的直轴磁动势,因而电机的磁路处于不饱和状态,故短路特性是一条直线。因为短路试验时磁路为不饱和,E00(每相值)应从气隙线上查,E每相值)应从气隙线上查出,求出的Xd值为不饱和值,求出的X值为不饱和值,由于短路特性和气隙线都是直线,因此在任一非零励磁点,E和II的比值均相等,表明Xd的不饱和的比值均相等,表明Xd的不饱和值与工作点无关。

4)Xd的饱和值与主磁路的饱和情况有关,主磁路的饱和程度取决于实际运行时作用在主磁路上的合成磁动势,因而取决于相应的气隙电动势;如果不计漏阻抗压降,则可近似认为取决于电枢的端电压,所以通常用对应于额定电压时的Xd值作为其饱和值。为此,从空载曲线上查出对应于额定端电压UN时的励磁电流If0,再从短路特性上查出与该励磁电流相应的短路电流,这样即可求出Xd(饱和),Xd(饱和)≈UNφI"。

2DTC原理及系统建模

1)采用两相静止坐标(α-β),定子磁链模型依据公式:

Ψα1=∫(uα1-Rsiα1)dt

Ψβ1=∫(uβ1-Rsiβ1)dt

转矩模型依据公式:

(iβ1Ψα1-iα1Ψβ1

式中把定子磁链Ψ,定子电流i及电压x都各分解为α,β两个分量,以简化控制模型。

2)实验及结果。

PMSM实验参数为:

Rs=0.08(Ω);Φ=0.4302(Wb)

Ld=3.2e-3(H);Lq=3.1e-3(H)

J=0.066(kg·m2)。

3永磁同步伺服系统的稳定性分析

作为速度环控制对象的一部分,需要将电流环简化并等效成一阶惯性环节,构成速度环的闭环动态结构。

为使系统满足设计要求,速度调节器比例系数应适当增加,积分系数应当保持不变。检验如下:根据速度环设计结果,可以得到速度环开环频率特性。由频率特性可知,速度环有比较大的相角稳定裕度,调节器参数可在比较宽的范围取值,但是随着速度调节比例系数增加,幅频特性曲线会上移,相角稳定裕度减小,电机速度响应将加快,超调量增加。随着积分系数增加,速度响应进入稳定的时间将加快,从而导致系统稳定裕量减小。在系统实际运行中,随着电机所带负载转动惯量的增加,速度环开环幅相频率特性下移,系统响应变慢。

同样得到位置环开环频率特性。由频率特性可知,位置环在较宽的频率范围内可以保持稳定,虽可以通过加大位置调节器比例系数来提高位置响应速度,但随着响应速度加快,将产生位置响应超调,这在实际系统中是绝对禁止的。另外,随着电机轴连转动惯量增加,位置环相角裕度减小,在位置调节器比例系数一定的情况下,系统稳定度下降,所以要适时调整其比例系数。

参考文献

[1]姚琳琳.永磁同步电机交流伺服系统的反推控制研究[D].辽宁工程技术大学,2009.

[2]蒋晓玲.同步电机故障运行的计算机算法实现[D].上海交通大学,2010.

[3]张为堂.同步电机励磁系统的LQG控制器的设计[J].合肥学院学报(自然科学版),2009,01.