异步方式（精选6篇）
异步方式 篇1
0 引言
在新建工程的电气设计中, 笼型异步电机启动方式往往设计较粗糙, 或按电机容量“一刀切” (例如75kW以上的设计软启动装置) 造成工程投资浪费, 或是大容量电机启动设备选择不当造成配电设备的非正常运行。
1 笼型异步电机的启动方式和性能
笼型异步电机启动方式主要有全压启动、降压启动 (包括Y△启动、自耦减压启动、串电阻抗启动、延边三角形启动、电子式软启动) 、变压变频启动。其中Y△启动、自耦减压启动、串电阻抗启动、延边三角形启动方式由于启动转矩不可调且对电网有二次冲击, 因此目前基本不用。
电机启动性能主要表现在启动电流、启动转矩两方面。笼型异步电机的启动电流、启动转矩仅与电机端电压Us和转子转差率s有关。
根据异步电机负载等效电路 (如图1所示) , 且忽略异步电机空载励磁电流If, 笼型异步电机直接启动电流为:
当Us一定时, Is是s (0≤s≤1) 的增函数, 依据规范GB14048.4给出的典型电流曲线 (如图2所示) , 异步电机直接启动电流Is最大可为其额定电流的6倍。过大的启动电流会造成配电系统母线压降短时过大, 而处在同一母线上的其它负载, 特别是正在运行着的电机可能会停转。
笼型异步电机电磁转矩为:
式中, CT为转矩常数, 仅与电机结构有关;Φm为电机气隙主磁通;Ir为转子电流;为转子功率因数。
笼型异步电机直接启动时, 其启动电磁转矩约为额定电磁转矩的0.9~1.3倍, 产生的机械冲击会使整个传动系统受到过大的扭矩力冲击, 易损坏设备或缩短设备的使用寿命。
因此, 笼型异步电机启动大电流对所在电源系统各点电压波动及电源系统设备热稳定性、动稳定性有影响, 启动大转矩对所拖动的机械设备的转矩承受力有影响。
2 笼型异步电机启动方式选择原则
依据GB50055《通用用电设备配电设计规范》第2.3.1条, 电机启动时, 其端电压应能保证机械要求的启动转矩, 且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其它用电设备的工作。此条款诠释了交流电机启动时只要能保证被驱动机械设备所要求的最低转矩和其它电气设备所要求的最大电流即可。对于启动时的最大转矩和最小电流, 因为目前设计的笼型异步电机都是按全压启动时冲击力矩和发热来考虑其机械强度与热稳定性的, 并且电机选型是在机械设备之后, 一般机械设备的承受力矩能满足所选择电机的全电压启动转矩, 所以不用考虑最大转矩, 启动时的最小电流就更不用考虑。
在满足最低转矩和最大电流要求的情况下, 因为全压启动具有启动时间短、启动设备简单、操作方便、维护容易、投资省、设备故障率低等优点, 所以在全压启动方式和降压启动方式可选择的重叠区应优先考虑全压启动。这也可以从GB50055《通用用电设备配电设计规范》第2.3.3条看出, 只有在不满足全压启动情况下, 才宜采用其它启动方式。
2.1 全压启动方式的确定
GB50055《通用用电设备配电设计规范》第2.3.2条给出了电机启动时启动电流对配电母线电压影响的具体约束条件。
(1) 一般情况下, 电机频繁启动时, 不宜低于额定电压的90%;电机不频繁启动时, 不宜低于额定电压的85%。
(2) 配电母线上未接照明或其它对电压波动较敏感的负荷, 且电机不频繁启动时, 不应低于额定电压的80%。
(3) 配电母线上未接其它用电设备时, 可按保证电机启动转矩条件决定;对于低压电机, 应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。
根据GB755—2000《旋转电机定额和性能》规定, 三相异步电机的最大转矩应不低于1.6倍额定转矩。电机输出转矩与端电压平方成正比, 为保证电机在运行中仍能输出额定转矩, 端电压标幺值的平方必须保证为1/1.6, 即端电压标幺值为0.79。为避免同一母线上的电机因电压降过大而停转, 需将启动电流引起的压降约束在上述数值。当满足上述条件时应采用全压启动方式。
值得注意的是, 计算母线压降既要考虑启动大电流引起的压降, 还要考虑母线现有运行电流引起的压降, 计算的前提是要知道电源变压器输出侧在配电网络中最小运行方式下的短路阻抗值。因短路阻抗值难以计算, 母线上压降也计算不出, 故常采用估算方式, 即满足下列条件可采用全压启动方式。
(1) 电机由专用变独立供电, 且电机不常启动, 电机的功率不超过变压器容量的30%。
(2) 电机由专用变独立供电, 且电机频繁启动, 电机的功率不超过变压器容量的20%。
2.2 非全压启动方式的确定
当笼型异步电机的启动电流不能满足母线正常工作时的压降损失要求时, 就得选用电子式软启动器及变频变压启动方式。但此时不但要考虑最大启动电流的影响, 还得考虑最小启动转矩是否满足重载启动及克服机械静阻转矩的转矩要求。
根据式 (1) , Is正比于Us, 且在Us不变时随着转速提升 (转差率s减小) 会减小。通常电子式软启动器在升压过程中由于频率f不变, 电磁转矩较小, 使得电机加速过慢, 因此电机因转差率s减小而Is减小的速度较慢。在Us变大、s变小的同步变化中, 启动电流Is最大值基本在3In左右。
根据式 (2) 分析可知, Te正比于Us2/f。当Us很小, f不变时, 电磁转矩非常小, 难以克服重载启动及机械静阻转矩系数较大的负载转矩。因而, 当笼型异步电机的3倍额定电流能满足母线压降损失要求, 且驱动负载为轻载启动时, 可选择电子式软启动器启动方式。
变压变频启动方式由于Us/f为恒值, 即使电机端电压Us很小, 频率f也很小 (转差率也较小) , 因此电机Is能将启动电流控制在额定电流之内, 并且在同样的Us下, 输出转矩较电子式软启动器大得多。因此, 在笼型异步电机的3倍额定电流仍不能满足母线压降损失要求或驱动负载为重载启动及机械静阻转矩系数较大的负载时, 应选择变压变频启动方式。
3 结束语
通过理论分析可以证明, 笼型异步电机降压启动时绕组发热比全压启动更严重, 从而也说明全压启动时的电流积分对配电设备 (包括电源变压器) 产生的热稳定性较降压启动要优越。总之, 当配电系统满足笼型异步电机各种启动方式时应优先采用全压启动方式, 而在电子式软启动器和变频器的选择中, 因同容量变频器的成本是电子式软启动器的数倍, 故建议选择软启动器。当然, 电机启动方式选择不能同时解决启动电流影响及满足启动转矩要求时, 就必须考虑改变电机及变压器等配电设备的选型。
参考文献
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[5]王超, 罗虎.电力设备异常运行及事故处理[J].机电信息, 2010 (24) :64, 65
异步方式 篇2
1、创建一个单例的线程池，用来执行异步任务
package“ if=”if“ ifmanager=”=“ int=”int“ java.util.concurrent.executorserviceimport=”java.util.concurrent.ExecutorService;import“ java.util.concurrent.executorspublic=”java.util.concurrent.Executors;public“ manager=”new“ name=”code“ null=”null)“ num=”Runtime.getRuntime.availableProcessors();“ pre=”pre“ private=”private“ public=”public“ return=”return“ runnable=”runnable)“ service=”Executors.newFixedThreadPool(num“ service.executerunnable=”service.execute(runnable);“ service.shutdown=”service.shutdown();“ static=”static“ synchronized=”synchronized“ void=”void“>
2、定义一个任务接口
package com.ferris.pool;public interface FerrisTaskListem { public void get(); //运行在线程里 public void update(); //运行在主线程（从哪里new就是哪个线程，也不一定是主线程service等）}3、任务执行对象
package com.ferris.pool;import android.os.Handler;import android.os.Message;public class FerrisTask { private FerrisTaskListem taskListem; private Handler handler = new Handler() { public void handleMessage(android.os.Message msg) { if(taskListem!=null){ taskListem.update(); } }; }; public FerrisTask(FerrisTaskListem taskListem) { this.taskListem = taskListem; } public void Execute(){ FerrisPoolManager.getInstance().addTask(new RunTask()); } public class RunTask implements Runnable { @Override public void run() { // TODO Auto-generated method stub if(taskListem!=null){ taskListem.get(); } Message message=Message.obtain(); handler.sendMessage(message); } } }
4、使用方法
对异步电动机制动方式的研究 篇3
所谓制动就是在电动机的轴上施加一个与旋转方向相反的力矩,以加快电动机停车的速度或阻止电动机转速增大。很多生产机械都希望在停车时有适当的制动作用,使运动部件迅速停车,这就需要对拖动的电动机进行制动,制动的方法有两大类:机械制动和电气制动。起重机械上广泛应用机械制动,电力拖动系统中广泛采用电气制动,常用的电气制动方法有三种:反接制动、能耗制动和再生发电制动。
2 各种制动方式的特点和实用场所
2.1 机械制动
机械制动是利用机械装置使电动机在断开电源后迅速停转的制动方法,如电磁抱闸、电磁离合器等,采用比较普遍的机械制动设备是电磁抱闸。
电磁抱闸断电制动控制电路如图1所示。其特点为:
(1)可以克服任何外加力矩,如提升机起吊重物时,通过抱闸可以使中途停留在需要的高度;
(2)制动时间短,但冲击力振动大。
这种制动方法在起重机械上广泛应用。当重物吊到一定高处,线路突然发生故障电动机断电时,电磁抱闸线圈也断电,闸瓦立即抱住闸轮使电动机迅速制动停转,从而可防止重物掉下。其优点是能准确定位,也可利用这一点将重物停留在空中某个位置。
2.2 短接制动
短接制动,将电机的绕组短接,利用绕组自身的电阻消耗能量,如图2所示。这种制动方法用于小容量电动机对制动要求不高的场合,优点是无需特殊的控制设备,简单易行。
2.3 反接制动
反接制动通过改变定子绕组上所加的相序来实现。控制电路如图3所示。
反接制动的特点为:
(1)设备简单,制动迅速,适用于制动要求迅速,系统惯性较大的场合;
(2)制动能量损耗较大,而且产生较大制动冲击,不宜于频繁制动;
(3)由于反接制动时转子电流比直接启动时的电流还大(反接制动电流可高达额定电流的10倍左右),因此在定子回路增加了限流电阻R。
反接制动制动力强,设备投资少,但制动准确性差,易损坏传动部件。因此适用于5k W以下小容量的电动机,如铣床、镗床等主轴的制动[1]。
2.4 能耗制动
能耗制动是一种应用很广泛的一种电气制动方法。电动机切断交流电源的同时给定子绕组的任意二相加一直流电源依靠转子的惯性转动切割磁场产生制动力矩的方法。
能耗制动准确,主要用于较大容量、要求制动平稳和起制动频繁的场合。
2.4.1 能耗制动控制电路
(1)半波整流能耗制动
10k W以下小容量电动机对制动要求不高的场合常采用半波整流能耗制动。
(2)桥式整流能耗制动
较大容量电动机对制动要求较高的场合采用如图4和如图5所示这两种控制线路图实现。
通过调节电位器R的大小,制动转矩可宽范围地调节,可获得较佳的效果[2]。
2.4.2 能耗制动特点
(1)制动平稳准确,能量损耗小;
(2)须附加直流电流装置,设备费用较高,用于制动平稳准确的场合,但不适用于紧急停车;
(3)通入定子绕组直流电流的大小将决定制动转矩的大小,电流越大,产生的制动转矩也越大,而通入电流太大会烧坏定子绕组,鼠笼式异步电机一般取直流电流为电机空载电流的3~4倍。
2.5 再生发电制动
再生发电制动又称回馈制动,可将负载的机械能转换为电能反送到电网中。其特点为:
(1)不需要改变线路,即可从电动状态自动转入再生发电制动状态。
(2)只有当n>n0才能获得再生转矩,此时能量可回馈到电网,比较经济。
(3)这种制动只能得到稳定转速(如稳速下放重物)而不能使电机停止运转。
再生发电制动常用于电车下坡和多速异步电动机(如双速电动机由2极变为4极)等。
2.6 变频器直流制动
通用变频器提供的制动方式有能耗制动、再生制动、整流回馈等,在转动惯量较大的工况条件下,须另外购买变频器厂家提供的专用制动单元/制动电阻,无形中增大了成本,所谓直流制动,指当变频器的输出频率接近为零,电机的转速降到一定数值时,变频器改向定子绕组中通入直流,此时电机处于能耗制动状态,转动着的转子切割磁场产生制动转矩,使电机迅速停止。
利用变频器直流制动功能实现交流拖动系统准确停车,省去了价值昂贵的变频器专用制动单元/制动电阻,有效降低了设备成本,工作稳定可靠,控制精度高。电能回馈提高了系统的效率,其缺点是:系统不能频繁进行启/停,否则造成变频器直流电路故障;系统降速不能过快,提升机、电梯等下放重物的工况不适宜采用[3]。
变频器直流制动稳定可靠,由于控制精度高,在实际中获得了广泛的应用。
各种制动方式的比较详见表1。
变频器直流制动精度高,制动效果好,得到越来越广泛的应用,缺点是成本较高。现在一种成本较低的新型的电容反馈制动方式已出现,虽然技术还不太成熟,但随着变频器应用领域的拓宽,该应用技术将大有发展前途。
3 结束语
电动机的制动方法较多,其各有特点和实用场合,工程技术人员应根据实际情况做出相应的选择。
摘要：异步电动机的制动方式对保证人身及设备安全有着非常重要的意义。文中介绍了几种常用的制动方式的特点,对不同制动方式进行了技术比较,分析了他们各自的实用场所,为实际应用提供了科学的理论依据,具有一定的实用价值。
关键词：制动方式,能耗制动,机械制动,反接制动
参考文献
[1]魏涤非,戴源生.电机技术[M].北京:中国水利水电出版社,2004.
[2]王兰君.新编电工实用线路[M].郑州:河南科学技术出版社,2005.
异步方式 篇4
(1) 直接在线启动或星——三角启动产生的电压和电流瞬变容易导致电气故障。电压和电流的瞬变现象可能导致油田生产中的电网过荷, 对电力网络即柴油发电机装置造成严重的冲击, 更加严重的可能毁坏其他的用电设备。
(2) 容易导致电动机启动设备及输出动力元件的机械故障, 从而产生影响整个驱动链的机械故障。
(3) 运行故障, 突然的启动与突然的停止会造成运行故障, 影响正常的使用。
(4) 造成经济的损失, 长期的故障和维修会影响油田正常生产秩序, 大量的维修会造成资金的大量的损失, 导致成本投入得增加。
因此我们要找到一种解决的办法, 下面简要的介绍一下电动机启动方式的研究历程:
首先是我们介绍一下, 电机的直接启动, 这种启动方式最为简单和最易实现, 但是其对柴油发电机组提高的电网冲击和损害是最大的。在油田生产中直接启动主要用在15KW以下小型电机, 即搅拌器电机, 由于电动机的功率小, 启动电流柴油发电机组可以承受, 但如果是25KW以上的中型电动机用于直接启动, 由于启动电流大, 电压压降很大, 可能引起线路过热, 长时间运行可能烧毁启动装置, 电动机以及危害电网其他的用电设备。
◆李庆辉
其次星——三角启动, 这是一个较早的解决启动难题的一个办法。这种启动方式主要是应用于空气压缩机组合中型电机的启动, 启动过程中电动机的相位点和中性点之间, 即电动机定子绕组与启动器进行星型连接, 从而可以降低电动机电压, 及至降低电流, 到达允许的范围内, 在成功消耗掉电动机的启动惯性力之后, 电动机定子绕组在电网相位点之间的连接就呈三角形连接方式, 以获得合适的电压和功率。然而, 这种只是依靠计时器机械功能在设定的时间内切换星——三角启动接触器的吸合, 完成启动过程, 在启动过程中能使其稍微减弱对柴油发电机组电网的冲击, 然而大的启动电流对于柴油发电机组电网的冲击和严重影响依然存在, 有时候在一些复杂的工况比直接启动还要损坏设备, 因此我们需要更好的解决办法。
最好着重的介绍一下, 软启动器, 软启动器于20世纪70年代末到80年代初投入市场, 在油田钻井生产中使用在90年代, 其使用给钻井生产中的电动机的使用带来革命性的改变, 并且在油田广泛的推广使用, 软启动器与变频器的原理相似, 同样是以微电子电路和可控硅为基础的控制方式, 大大地提高了在实际正常中的稳定性, 准确性, 高效性和安全性。
在油田钻井实际生产中, 对于电动机的启动方式要根据电机的容量和实际需要选择相应的启动方式, 对于小型设备选择星——三角启动, 对于大型电机来说软启动器, 软启动器的强大的适用功能和精巧的设计点必将石油生产中启动举足轻重的作用, 前景可观。H
摘要：在油田钻井生产中离不开电动机使用, 然而电动机的启动方式一直在影响着电动机的使用寿命及效率, 因此油田电力工作者一直致力于寻找一种合适的方法以避免电动机的突然停止和剧烈启动给设备带来的损害以及对整个电网电压的冲击。本文主要是浅简的分析电机的启动方式和以及保护的方式。
异步方式 篇5
异步电动机的调速可通过变频、变极对数和变转差率实现。本文只讨论异步电动机的变频调速策略。自上世纪90年代以来,近代交流调速步入以变频调速为主的发展阶段,其间,由于各种新型电力电子器件的支持,使交频调速在低压(380V)中小容量(200KW以下)方面取得了较大发展[1,2]。通常,为了充分发挥电动机的性能,应保持定子磁链幅值为额定值。当定子电流频率fs正较高时,感应电势Es的有效值就较大,可以认为定子相电压有效值U1=Es。由此,可以通过控制使u/f恒定,使磁通恒定。要恒U/f控制,就必须使频率和输出电压同时改变,这就是变压变频,即VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)调速技术。
1 控制方式
1.1 SPWM控制
PWM(Pulse Width Modulation)控制的基本原理很早就已经提出,它是基于采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。由此,可对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效获得所需的波形。
1964年A.Schonung和H.Stemmler把这项通讯技术应用到交流传动中,从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面,但是受电力电子器件发展水平的制约,在20世纪80年代以前一直未能实现。随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。
如今,工程上采用的主要是SPWM,它是用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的P咖波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。SPWM控制不仅可以实现变压变频,而且能削弱或消除有害的高次谐波。
SPWM方案主要有电压正弦PWM、电流正弦PWM:电压正弦PWM是通过调节逆变器输出脉冲的占空比来调节输出平均电压,使其等效为正弦波形。电流正弦PWM是为了改善逆变输出电流波形提出的电流闭环控制方式,常用方法是电流滞环SPWM,就是以一个理想的电流正弦波形为标准,与实际电流波形作比较,实际电流围绕理想电流在滞环容差范围内作往复振动,使输出电流近似正弦波形。
早期通用变频器多为SPWM控制方式。其优点是控制结构简单、成本较低,缺点是转矩响应慢,电机转矩利用率不高,性能、稳定性差。
对于SPWM控制的三相PWM逆变电路来说,在调制度为最大值1时,输出相电压的基波幅值为Ud/2(Ud为直流侧电压),输出线电压基波幅值为(√—3/2)Ud,即直流电压利用率仅为0.866。为了解决这个问题,人们想到了空间矢量PWM控制技术。
1.2 空间电压矢量PWM
空间电压矢量PWM(SVPWM)控制技术,又称磁通正弦PWM控制技术。电压SPWM和电流SPWM是从电源角度出发,分别追求电压和电流的正弦,而SVPWM则是从电机的角度出发,把电动机和逆变器看成一个整体,着眼于如何使电动机获得幅值恒定的圆形磁场,因为异步电动机在理想状态下运行时的磁链轨迹即为圆形。
根据三相逆变器的原理,逆变器共有8种工作状态。假设上桥臂导通用“1”,下桥臂导通用“0”表示,那么这8个状态就对应着8个数字量,将它们定义为8个基本电压矢量。
可见,空间电压矢量的方向即定子磁链的旋转方向。因此,利用上述的8个电压矢量的线性组合,就可以得到更多的与其相位不同的新的电压矢量,最终构成一幅等幅的不同相位的电压空间矢量图,叠加形成尽可能接近圆形旋转的电压空间矢量轨迹,进而使定子磁链旋转轨迹近似圆形。
将这8个电压矢量首尾相连形成的正六边形就是SVPMN方式所输出的最大幅值电压矢量端点的轨迹,设此电压矢量最大幅值为u耐。正六边形的内切圆则为要获得的接近圆形旋转的电压空间矢量轨迹,内切圆半径为逆变器输出三相电压的最大相电压峰值,设为Uout。由逆变器结构知,Uref等于2/3UDC,UDC是直流侧电压。这样,可得Uout等于√—3/3UDC,而SPWM方式时,输出相电压的基波幅值为Ud/2。于是有:
可见,SVPWM比SPWM方式的直流电压利用率提高了15.47%。
应用SVPWM控制方式的典型机种有1989年前后进入中国市场的FUJI(富士)FRN5000G5/P5、SANKEN(三垦)MF系列等。
前面所讨论的异步电动机调速系统都是对控制量的幅值进行静态控制,比起直流电动机双闭环调速系统的动态性能,逊色不少。矢量控制方式的出现,解决了这个问题。
1.3 矢量控制
矢量控制基于转子磁场定向,它是将一个静止坐标系中的三相交流磁场系统和一个旋转坐标
【【88】】第33卷第12期2011-12(下)
系中的直流磁场系统通过一个静止坐标系中的两相交流系统互相等效变换,从而实现对异步电动机调速系统的磁通和转矩分别控制。将用于控制交流调速的给定信号分解为励磁电流信号iM和转矩电流信号iT,分别通入假想的两个互相垂直的旋转坐标系中的直流绕组。将两个旋转坐标系中的直流信号iM和iT作为基本控制信号,经过Park逆变换转换为静止坐标系中的两相交流信号i和iβ,再经过Clark逆变换转换为静止坐标系中的三相交流信号iA、iB、iC去控制逆变电路。对于反馈,是将传感器得到的静止坐标系中三相交流数据经Clark变换为静止坐标系中的两相交流信号,再经过Park变换转换为旋转坐标系中直流信号来修正基本控制信号iM和iT。通过上面的思想对非线性、强耦合的异步电动机进行线性近似,将其转矩和磁链完全解耦,实现矢量控制。
目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种[3,4]。德国西门子开发的6SE70通用型系列,通过FC、VC、SC板可以分别实现频率控制、矢量控制和伺服控制。
虽然矢量控制使异步电动机具备了与直流电动机相似的特性,但是异步电动机的转子磁链难以准确观测,而且电动机参数对其性能影响较大,这些使得矢量控制的实现难以达到预期效果。为了消除矢量控制的这些弊端,直接转矩控制方式应运而生。
1.4 直接转矩控制
直接转矩控制是目前广为研究的电机控制理论之一,已在异步机上取得了成功。由于该理论直接对转矩进行控制,避免了矢量控制中计算量大、效果易受电动机参数变化影响的缺点,使异步电动机的瞬态性能得到了显著的改善。直接转矩控制系统采用定子磁场定向,直接在定子坐标系下计算和控制异步电动机的转矩,将实际转矩、磁链分别与给定值比较,形成转矩、磁链的闭环控制。
为了充分发挥电动机的性能,应保持定子磁链幅值为额定值,而转子磁链幅值由负载决定。因此,可以通过改变θ来改变异步电动机的转矩,进而改变转速。具体办法就是通过改变电压空间矢量来控制定子磁链的旋转速度,使其走走停停,从而使θ不断变化,达到调节电动机转矩的目的。直接转矩控制具有理论清晰,结构简单,响应迅速,易于实现等优点,缺点是转矩脉动较大。
采用直接转矩控制方式的变频器以ABB公司推出的ACS600、ACS800等系列为代表。
尽管矢量控制与直接转矩控制使异步电动机调速系统的性能有了较大的提高,但是还有许多领域有待研究,如:磁通的准确估计或观测、无速度传感器的控制方法、电机参数的在线辨识、极低转速包括零转速下的电机控制、电压重构与死区补偿策略和多电平逆变器的高性能控制策略等。
2 各种控制方式的联系与区别
前面提到的各种控制方式是有内在联系的。首先,由于在实际控制中要保持定子磁链幅值恒定,SPWM、SVPWM、矢量控制和直接转矩控制本质上也都属于变频变压,只不过矢量控制和直接转矩控制是改变电压矢量的幅值和转速来体现变频变压的。其次,由于各种控制方式无一例外的要通过逆变电路完成对异步电动机的控制,因此,异步电机的调速系统的核心控制算法几乎最终都是通过PWM方式实现,特别在基于DSP的矢量控制和直接转矩控制的异步电动机调速系统中,很多都是最终由SVPWM方式实现,如直接转矩控制系统的SVM-DTC方法。再有,有些控制方式有着本质联系,如:SPWM和SVPM其实是同一控制方程在不同的附加假想条件下的两个不同的特解。
各种控制方式之间的区别是显而易见的,由前几节介绍的基本原理中便可知晓。后一种控制方式几乎都是为了解决前一种控制方式产生的问题而提出来的。由于各种控制方式的特点、性能不同,其应用场合也不相同,后起的控制方式并没有完全取代先前的控制方式。如在对系统的动态调速性能要求不高的场合,为节约成本,通常采用SPWM或SVPWM控制方式,而在需要对系统进行精确调速控制的场合可采用矢量控制或直接转矩控制。由此可见,以上各种控制方式既相互联系又相互区别,既一脉相承又各有千秋。
3 结束语
经过半个多世纪的发展,异步电动机的变频调速控制方式到现在已经相当完善,虽然不排除会有新的控制方式提出,但是当今的发展多是在原有控制方式的基础上进行改进和提高。智能控制如模糊控制、神经网络控制甚至专家系统以及滑模变结构控制等现代控制理论的引入为原有的控制方式的发展增添了新的活力,对于改善系统的性能、提高系统的可靠性,增强系统的智能化、绿色化起到了很大作用。国内外许多学者都在此方向上有了新的进展,各种混合控制方式不断出现。此外,控制领域的其他新技术如现场总线、自适应控制、遗传算法、无传感器技术等,也将引入到传统的控制方式中,给变频调速的控制技术带来重大的影响。
由此可以预见,怎样将智能控制、现代控制理论及其它新技术、新成果应用到现有控制方式中将成为异步电动机的变频调速控制方式发展的主要方向。
摘要：为了更好地在整体上对异步电动机的变频调速控制方式加以认识,本文介绍了异步电动机调速的基本方法。按时间顺序综述了异步电动机变频调速的经典控制方式的基本原理,分析了它们的优缺点,并给出了实际应用。对所述各种控制方式之间的内在联系和区别进行了归纳和总结。对未来异步电动机变频调速控制方式的发展做出了展望,为异步电动机变频调速控制方式的研究提供了参考。
关键词：异步电动机,变频调速,控制方式
参考文献
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异步方式 篇6
直接转矩控制充分利用电压型逆变器的开关特点, 通过不断变化电压状态使定子磁链轨迹为六边形或近似圆形, 并通过零电压矢量的穿插调节来改变转差频率, 以控制电机的转矩与磁链的变化, 从而控制异步电动机的磁链和转矩按要求快速变化。
在电机启动时, 定子磁链处于空间原点位置, 给出一个初始开关工作状态, 使其脱离原点位置, 通过对电流和电压采样信号进行3/2相变换, 计算出在其坐标下的投影矢量isa、isβ、usa和usβ。将这些量通过电磁转矩计算模块和矢量分析器分别得到转矩反馈值和磁链反馈值。转矩反馈值与转速PI调节器输出量通过转矩调节器得出转矩开关信号, 同理可得到磁链开关信号, 这两个开关信号和磁链所在扇区共同选择下一个周期的开关状态, 对逆变器进行控制, 从而完成一个控制周期。系统控制框图如图1所示。
图1为典型的直接转矩控制系统框图, 整个系统是一个磁链转矩双闭环系统。速度给定ωr*与电机的速度观测值ωr进行比较后经过一个PI调节器输出转矩给定信号Te*。另一方面系统检测三相定子电流和电压, 经坐标变换转化到静止坐标系, 由此计算电机的电磁转矩Te、磁链幅值ψe和磁链所在的扇区N。磁链和转矩的给定和反馈信号送入转矩和磁通比较器, 其差值经控制器输出转矩和磁链控制信号。开关状态选择器根据不同的扇区、转矩和磁链控制信号确定下一个时刻逆变器的开关状态。首先异步电机定子相电压、相电流的采样值经3/2坐标变换, 得到α-β坐标下的分量, 再按照异步电机的定子磁链和转矩模型计算出实际转矩Te和定子磁链ψs的两个分量ψsα、ψsβ, 这样就可以计算出定子磁链ψs的幅值和磁链位置θ。将测量得到实际转速和给定转速输入到转速调节器, 转速调节器根据给定转速和实际转速的差值输出给定转矩Te*。将给定转矩Te*和观测到的Te送入转矩调节器, 得到转矩控制信号TQ, 磁链调节器根据给定子磁链ψs*幅值和转子磁链ψs幅值的差值输出磁链控制信号ψφ。最后开关状态选择单元根据磁链控制信号ψQ、转矩控制信号TQ和磁链位置θ, 查逆变器开关状态表, 输出正确合理的开关状态来控制逆变器驱动电机正确运行。
由此, 可以得到直接转矩控制系统的结构:磁链自控制单元选择定子磁链所在的正确区段位置, 以形成是圆形磁链;转矩和磁链调节环节分别实现转矩和磁链的直接自控制;通过开关信号选择得到正确的电压开关信号, 以实现对电压空间矢量的正确选择。
2 磁链调节
磁链的调节通过磁链滞环比较器实现, 其作用是保证实际磁链ψs*与给定磁链ψs的差值在±εψ的范围内, 例如, 在低速时由于定子电阻压降的影响, 定子磁链幅值将减小。为避免定子磁链幅值的减小, 引入磁链调节闭环。调节采用施密特触发器来实现, 对磁链进行两点式调节, 触发器的容差宽度为, 是定子磁链幅值相对于给定值所容许的波动范围。磁链误差为, 作为调节器的输入, 将误差进行滞环比较, 当误差超过允许值就进行电压切换。输出时磁链量开关信号ψq, 如图2所示。
在图2中, 当△>ψs>εψ时, ψq=1, 此时选择电压矢量使ψs增加;当△>ψs<-εψ, ψq=0, 此时选择电压矢量使ψs减小;当│△>ψs│<εψ则电压矢量不变。
3 转矩调节
转矩的大小可以通过改变定子磁链运轨迹的平均速度来控制。要改变定子磁链运轨迹的平均速度, 就要引入零电压空间矢量来进行控制。
转矩控制部分由转矩调节器组成, 转矩调节器的输入为△Te=Te*-Te, Te*是给定转矩, Te是电动机的实际观测出的转矩。转矩给定值Te*是通过对电机转速进行PI调节所得。输出量是转矩开关量TQ, 调节器的容差是±εψ, 决定了逆变器开关频率的大小。
在转矩调解时, 采用离散的两点式调节方式, 把转矩波动限制在给定值的容差范围内。当理想空载转速一定时, 转矩容差越小, 开关频率越高。转矩的两点式调节器如图3所示。
当Te*>Te时, 若电机的转矩Te在增加且TQ=1, 则只有Te增加到Te*时, 调节器的输出TQ才能变为“0”;若电机的转矩在减少且当TQ=0, 则只有等到Te减小到Te*-△εψ时, 调节器的输出TQ才能变为“l”。而当Te*<Te时, 若电机的转矩Te在增加且TQ=0, 则只有等Te增加到Te*-△εψ时, 调节器的输出TQ才能变为“-1”, 若电机的转矩在减少且TQ=-1, 则只有使Te减小到Te*时, 调节器的输出TQ才能变为“0”。
结合上述分析, 可以定义转矩调节器的输出TQ取不同值时的含义:
(1) TQ=1———控制定子磁链正转;
(2) TQ=0———采用零电压向量控制定子磁链不动;
(3) TQ=-1———控制定子磁链反转。
4 总结
异步电机控制的理想状态是控制电动机的磁链和转矩, 使磁链轨迹近似为圆形。本文从直接转矩在交流电机的控制领域的地位出发, 介绍了直接转矩控制系统的基本控制原理。
本文所介绍的直接转矩系统是在理想的环境下实现的, 没有考虑电机自身发热而使电机内阻变小, 从而对电机磁通产生影响, 实际应用中还需改进。
参考文献
[1]陈亚爱, 周京华.电机与拖动基础及MATLAB仿真[M].北京:机械工业出版社, 2011:50-54.