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异步电动机双闭环调速系统的研究 三相通信机的工作初始条件是获得一个稳定的旋转磁场，这需要将三相对称的东正教无线电输入子组。三相对称的正弦交流电压易得到, 但是当定子绕组被输入三相对称的正弦交流电压后, 其电流波形会随负载性质及大小的变化而变化, 这样就很难得到恒定的旋转磁场, 也就不能保证相应的电磁转矩为恒定值。为了得到恒定的旋转磁场和电磁转矩, 就需把定子绕组通入的三相对称的正弦交流电压改为三相对称的正弦交流电流。电流滞环跟踪PWM (CHBPWM) 控制技术就是以正弦波电流为控制目标的一种控制方式。为了更好地实现电动机的调速采用了双闭环控制, 把电流滞环跟踪PWM控制器作为内环, 外环为转速控制环, 转速调节器采用PI调节器。 1 滞环控制器设计 电流滞环跟踪PWM (CHBPWM) 控制技术原理如图1, 采用电流闭环控制方式。其中iA*为给定为正弦函数波, HBC为滞环控制器 (环宽为2h) , VT1、VT4为IGBT管, VD1、VD4为续流二极管, iA为反馈取样电流, ±Ud/2为给定直流电压。在给定正弦波的正半波情况下, 当iAiA*, 且ΔiA=iA*-[i A≥h], 滞环控制器输出为正电平, VT1管导通, +Ud/2通过VT1管加入负载, 使iA增大。当iA*=iA时, 虽然ΔiA=0, 但滞环控制器输出仍为正电平, VT1管仍导通, iA继续增大。直到iA增大到使iA*-iA=-h时, 滞环控制器输出变为负电平, VT1管关断, 但此时由于负载为感性, 电流iA不会突变, 而是通过二极管VD4续流, 使VT4反向钳制而不能导通, 输出电压为负, iA值不断下降。当iA下降到ΔiA=iA*-iA≥h后, 滞环控制器输出又变为正电平, VT1管再次导通, 如此VT1管和VD4交替导通, 从而使输出电流紧跟给定正弦波的正半波变化。而在给定正弦波的负半波情况下, 滞环控制器控制原理相类似, 只是采用VT4管和VD1管交替导通。给定电流iA*的波形及输出电流iA的波形如图2。 2 主电源和主电源的控制装置 带电流滞环跟踪PWM控制的调速系统的总体结构包括两部分:调速系统主回路结构与控制回路结构。 2.1 igbt管门极触发信号 图3为调速系统的主回路结构图。三相交流电经三相桥式整流电路及电容滤波后变成了具有恒定电压值的直流电, 为后面的三相桥式逆变器提供输入。为了保证三相桥式逆变器能快速开关, 采用了高频率的全控型IGBT管, 而IGBT管的门极触发信号由下面的电流滞环跟踪PWM控制器来实现。开关管VTb与Rb解决电路泵升电压问题, 当控制器检测到泵升电压高压规定值时, 开关管VTb导通, 使多余的能量通过放电电阻Rb消耗掉。 2.2 电流滞环控制器的自动调节 图4为调速系统的控制回路原理图。转速给定信号为Un*, 转速反馈信号为Un, 转速调节器 (ASR) 的输入为Un*与Un比较后的差值。转速调节器 (ASR) 的输出作为信号处理环节的输入, 其输出值主要通过信号处理环节来调节电流滞环控制器的给定电流信号 (iA*、iB*、iC*) 的幅值, 其中iA*、iB*、iC*幅值相等, 相位互差2Pi/3, 组成对称的三相正弦给定电流。iA、iB、iC为反馈电流, 分别取自定子绕组A、B、C三相对应的电流。输出六路信号分别至主回路的六个IGBT管。当输出转速突然增大 (减少) 时, 反馈回来的Un值将增大 (减少) , 使转速调节器 (ASR) 的输入值与输出值均减少 (增大) , 从而通过信号处理环节以减少 (增大) 电流滞环控制器的给定电流信号 (iA*、iB*、iC*) 的幅值, 从而减弱 (增强) 电流, 降低 (提高) 转速, 达到转速自动调节的目的。若转速调节器 (ASR) 使用PI调节器, 还可实现系统稳态无静差。 3 系统模拟模型的构建 3.1 电动单元rotor治理成件 主电路模型由异步电动机模块、电动机测量单元模块、逆变器模块、直流电源、负载模块等组成。 异步电动机模块选择Asynchronous Machine SI Units (国际单位制) 模块, 绕组类型 (Rotor type) 设为绕线型 (Wound) 。需设置的其他额定参数主要有:额定功率、线电压、频率、定子绕组电阻、定子漏感、转子绕组电阻、转子漏感、转动惯量等。 电动机测量单元模块中的电动机类型 (Machine type) 选为异步电动机 (Asynchronous) , 测量信号可根据输出需要在对话框中进行相应的勾选即可。 逆变器模块选用桥式电路 (Universal Bridge) 模块, 桥臂数设为3, 电力电子装置设为IGBT/Diodes, 其它参数为默认值。 直流电源根据具体要求设定大小, 此处设为780V