1 引言
在異步電機(jī)變頻調(diào)速領(lǐng)域內(nèi)，上世紀(jì)70年代出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制和80年代出現(xiàn)了直接轉(zhuǎn)矩控制，但這二種的控制性能都深受電機(jī)實(shí)時(shí)溫度變化的影響。文獻(xiàn)[1]在文獻(xiàn)[2]中所提出的通過(guò)在線定子磁鏈閉環(huán)自校正定子側(cè)電阻的基礎(chǔ)上，引入了文獻(xiàn)[3]的定子磁鏈觀測(cè)方法并將其組合應(yīng)用在定子磁鏈定向矢量控制變頻調(diào)速中從而使系統(tǒng)不受電機(jī)實(shí)時(shí)溫度變化的影響。取得了顯著效果[4]，與此同時(shí)在線定子磁鏈閉環(huán)的魯棒性又十分良好[5]。

這時(shí)在定子磁鏈閉環(huán)下實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)預(yù)勵(lì)磁后，即進(jìn)入定子磁鏈定向矢量控制工況，無(wú)論定子頻率、定子電流乃至轉(zhuǎn)矩以及電機(jī)實(shí)時(shí)溫度如何變化都能將電機(jī)定子磁鏈保持在給定值上(不存在解耦問(wèn)題);有無(wú)轉(zhuǎn)速傳感器均可運(yùn)行，又能獲得很高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩且起動(dòng)電流小，從而使變頻器的電流容量大為減少和產(chǎn)品成本顯著降低。

文獻(xiàn)[1]還提出了在有轉(zhuǎn)速傳感器的條件下，具有轉(zhuǎn)矩閉環(huán)或根據(jù)需要再加上轉(zhuǎn)速閉環(huán)的電路。轉(zhuǎn)矩閉環(huán)下的魯棒性是否良好和快速性如何，這正是本文將要論述的內(nèi)容。

2 電機(jī)數(shù)學(xué)模型
一臺(tái)三相y接的異步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型為:


式中v、i、ψ代表電機(jī)的相電壓、相電流、相磁鏈; l、m、r代表電機(jī)的相自感、相互感、相電阻;下標(biāo)1、2 代表電機(jī)的定子側(cè)、轉(zhuǎn)子側(cè); d、q代表同步旋轉(zhuǎn)座標(biāo)系的d軸、q軸;ω1、ω2、ωm代表定子、轉(zhuǎn)差、轉(zhuǎn)子的電角頻率;б代表漏磁系數(shù)，б=1-m2/(l1l2); t2代表轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù); me代表轉(zhuǎn)矩，p代表對(duì)時(shí)間的微分，*代表給定; zr代表轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，pm代表磁極對(duì)數(shù)。

3 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)及其仿真結(jié)果
轉(zhuǎn)矩閉環(huán)如圖1所示。在圖1中，給定轉(zhuǎn)矩me*與實(shí)際轉(zhuǎn)矩me之差經(jīng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器zr和式(1)、式(2)環(huán)節(jié)形成閉環(huán)，而式(1)和式(2)環(huán)節(jié)為具有多變量和時(shí)變參數(shù)的狀態(tài)方程，但借助matlab語(yǔ)言仿真可找出適合的調(diào)節(jié)參數(shù)。所輸出的ω2則供構(gòu)成式(4)之用。

圖 1 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)圖

圖2(轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)t2=0.1s)與圖3(轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)t2=0.31s)分別示出了在階躍給定轉(zhuǎn)矩me*下的仿真結(jié)果曲線;而給定轉(zhuǎn)矩控制常用于各式軌道或公路電動(dòng)車輛的交流傳動(dòng)。

圖 2 (轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù) t2 = 0.1s) 仿真結(jié)果曲線圖

4 仿真結(jié)果評(píng)述
圖2與圖3中這二者的調(diào)節(jié)參數(shù)彼此相同，即使轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)t2改變1至3.1倍，但me波形均反應(yīng)快速而且穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩閉環(huán)調(diào)節(jié)的魯棒性表現(xiàn)良好因而無(wú)須對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)進(jìn)行困難的觀測(cè)。

圖3 (轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù) t2 = 0.31s) 仿真結(jié)果曲線圖

從圖2與圖3可以看出，即使電機(jī)定子磁鏈保持為常數(shù)，i1d還會(huì)隨著負(fù)載變化而在一定幅度內(nèi)變化;與傳統(tǒng)觀念不同的是，在本系統(tǒng)中ψ1閉環(huán)只用去自校正定子側(cè)電阻而不對(duì)i1d進(jìn)行任何控制。又如ψ*1始終保持不變動(dòng)，還可用i*1q-i1q閉環(huán)控制以取代me*-me閉環(huán)控制。

5 結(jié)束語(yǔ)
由于定子側(cè)電阻已在線進(jìn)行自校正亦即電阻上矢量壓降得到了自補(bǔ)償，即使電流急劇變化也不會(huì)影響到電機(jī)定子磁鏈;又由于電機(jī)熱慣性時(shí)間常數(shù)很大, ψ1閉環(huán)對(duì)定子側(cè)電阻緩慢變化的自校正能力已綽綽有余;另外當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速的一半以上時(shí)，即使中止ψ1閉環(huán)，也不會(huì)對(duì)電機(jī)定子磁鏈造成可計(jì)算的影響;再加上轉(zhuǎn)矩閉環(huán)調(diào)節(jié)的魯棒性表現(xiàn)良好且反應(yīng)快速;這些都使得變頻調(diào)速器真正成為“可望而又可及”的高性能現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。對(duì)于功率器件依賴外購(gòu)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，如不突出地提高產(chǎn)品的性價(jià)格比，則很難與功率器件能自給又享受同等國(guó)民待遇的企業(yè)在市場(chǎng)上進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。

參考文獻(xiàn)
[1] 盧 驥. 高性能變頻調(diào)速器[p]. 專利號(hào):zl02223487.x. 授權(quán)日:2003年5月7日.
[2] 盧 驥. 異步電機(jī)變頻調(diào)速用的定子磁鏈的校正器[p]. 專利號(hào):zl00225853.6. 授權(quán)日:2001年9月19日.
[3] 盧 驥. 異步電機(jī)變頻調(diào)速中含有基變量的參數(shù)的觀測(cè)方法[p]. 專利號(hào):01106851.5.公開日:2002年9月4日.
[4] 盧 驥. 高性能矢量控制異步電機(jī)變頻調(diào)速用的定子電阻在線自校正技術(shù)[j]. 變頻器世界，2004,(6):33-34.
[5] 盧 潔,盧 驥. 異步電機(jī)變頻調(diào)速中的電機(jī)定子電阻在線自校正的魯棒性研究[j]. 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化,2003,(6):23-24.

作者簡(jiǎn)介
盧 驥 教授級(jí)高級(jí)工程師 曾擔(dān)任過(guò)機(jī)械工業(yè)部電器局專業(yè)顧問(wèn)，并在瑞士bbc(現(xiàn)易名為abb)公司從事變頻調(diào)速工作一年。