PWM 整流器控制的实质 是对 交流 侧电 流的 控
制 [4 ] 。本研究采用电压 、电流双闭环矢量控制方案 , 如
图 4所示 。
对于逆变器和电机侧 , 可采用异步电动机的矢量
控制 。异步电动机按转子磁通定向的矢量控制的矢量
图 , 如图 5所示 。磁链轴 M 位于转子磁链 Ψr的轴线上 ,
is 是定子电流合成空间矢量 ,由三相定子电流 isa、isb、isc
D ua l PWM AC 2DC 2AC var iable2frequency adjustable2speed system in m ine ho ist
WANG Xiao2chen, SUN Feng2xiang
( College of E lectrica l and A u tom a tic Eng ineering, Hefei U n iversity of Technology, Hefei 230009, Ch ina) Abstract: According to m ine hosit’s operating characteristic and its driving system ’s p resent situation. its AC2DC2AC electric drive scheme w ith induction motor based on dual pulse w idth modulation ( PWM ) structure was discussed. Dual close2loop vector control was app lied in the system ’s rectifier, and vector control oriented by rotor flux to the induction motor was app lied in the in2 verter. The control stystem ’s model was established and its theory was analyzed in detail. Taking examp le for 660 V grade volt2 age hoist, situation during a lifting cycle was simulated by M atlab. The results p rove that the motor’s performance is good, and
升机为实例 ,采用 M atlab仿真了一个提升循环运行时的情况 ,仿真结果证明 :此调速系统的运行性能良
好 ,达到了预期目的 。
关键词 :矿井提升机 ;双脉宽调制 ;异步电动机 ;矢量控制 ;计算机仿真
中图分类号 : TD534; TM343 + . 2 文献标识码 : A
文章编号 : 1001 - 4551 (2008) 02 - 0056 - 04
在保证
ism 不变 ,即
|
ψ r
| 不变的条件下 ,电磁转矩
仅与 ist有关 。所以可分别控制电流转矩分量 ist、励磁分
量 ism ,从而实现对转矩 、转速的控制 。
采用电流模型的矢量控制系统结构 ,如图 6所示 。
外环为速度环 ,ωr3 和ωr为转速的给定值和实际值 ,速
度调节器 A SR 的输出是系统的电磁转矩期望值 Te 3 。
三相定子电流 iA 3 、iB 3 、iC 3 , 与实测的 iA 、iB 、iC 相比较
后 ,分别经电流调节器 ACR1、ACR2、ACR3调节 , 得到
期望值的三相定子电压 UA 3 、UB 3 、UC 3 。这 3个交流量
经 PWM调制电路得到逆变器 6个桥臂的驱动信号 。本
系统可以运行在四象限 ,ωr3 的极性表示正 、反转 , Te 3
摘 要 :根据矿井提升机的工作特性和拖动系统的现状 ,研究了其基于双 PWM 结构的异步电动机交直
交变频调速拖动方案 。 PWM 整流器部分采用电压 、电流双闭环矢量控制策略 ;逆变器部分采用按电机
转子磁通定向的矢量控制方法 。建立了控制系统模型 ,并深入分析了其原理 。最后以 660 V 等级的提
第 2期
王晓晨 ,等 :矿井提升机双 PWM 交直交变频调速系统
·57·
这里取 1 100 V ( > 660 2 V ) 。
3 异步电动机矢量控制原理和结构
L
d id dt
+ R id
- ωL iq + upd
= Ed
(1)
L d iq dt
+ R iq
+ωL id
+ upq
= Eq
=0
式中 id 、iq —交流侧输入电流空间矢量 i的 d、q分量 , upd 、upq —交 流 侧 电 压 空 间 矢 量 up 的 d、q 分 量 ; Ed 、 Eq —E的 d、q分量 ;ω—d2q轴旋转角速度 ,即电源电压 角频率 ;θ—d轴与 a轴间的夹角 。
机 ,则可用三电平的双 PWM 拓扑结构 。
图 1 异步电动机交直交变频矢量控制系统主电路
2 PWM 整流器部分的工作原理及控制策略
三相电压型 PWM 整流器主电路拓扑 ,如图 2 所 示 ,由交流电压源 (即电网电压 ) 、电抗器 、三相功率模 块逆变桥 、直流储能电容组成 , Ea 、Eb、Ec 为电源电压 。 如果负载侧带电动机 ,则可等效为电阻和直流电压源 的串联 [ 2 ] 。
由式 ( 1) 的运算可得到在旋转坐标系中的调制电 压 upd 3 、upq 3 ,经矢量运算得到三相调制电压期望值 upa 3 、upb 3 、upc 3 ,再经正弦波脉宽调制电路 , 得到六相 调制脉冲 ,以驱动 6个桥臂的开关器件 。
由于 PWM整流器可看作交流升压斩波电路 ,所以 直流输出电压给定值必须大于交流电源线电压幅值 ,
Te 3 的极性表示期望值的极性 。由于 A SR为 P I调节器 ,
可实现无静差调速 。由式
(2)知 ,
Te 3
除以
|
ψ r
|
得
ist 的
期望值 i3st 。此外有磁链控制环 , 通过电流模型检测到
图 6 采用电流模型的矢量控制系统
·58·
机 电 工 程
第 25卷
的电机转子磁链幅值
|
合成
,
它们都以同步速
ω s
旋转
。d轴为转子轴
,
以
ω r
速
度旋转 。α2β是静止两相坐标系 , 其中 α轴与三相定子
绕组的 a轴重合 。d轴与 α轴的夹角 λ是转子相对于定
子绕组的 a轴的位置角 , M 轴与 d 轴的夹角 θ是负载
∫ 角 ,θ =
ω s
-
ω r
d t。那么磁链轴 M 相对于定子绕组 a
由电流
模
型
得
到 。电流模Leabharlann 的系统结构 ,如图 7所示 。图 7 按转子磁链定向旋转坐标系上的转子磁链的电流模型
转差角速度
Δω s
与
ist 的关系 [6 ] 为 :
Δω s
=
Tr
Lm
|
ψ r
|
ist
=
ω s
-
ω r
(4)
由此可得旋转磁链轴的
同步角速度
ω s
,
经积分运
算可得到磁链轴的空间位置角
φ s
。经矢量运算得到的
第 25卷第 2期 2008年 2月
机 电 工 程
M ECHAN ICAL & ELECTR ICAL ENGINEER ING MAGAZINE
Vol. 25 No. 2 Feb. 2008
矿井提升机双 PWM 交直交变频调速系统
王晓晨 ,孙凤香
(合肥工业大学 电气与自动化工程学院 ,安徽 合肥 230009)
的极性表示转矩的极性 。
电流调节器和磁链调节器可按典型 Ⅰ型系统设
计 ,而转速调节器按典型 Ⅱ型系统设计 。
4 实例分析及系统仿真
对本研究设计的系统进行仿真 , 异步电机取 185 kW /660 V 等级 。
4. 1 原始数据及参数计算
仿真采用南阳防爆电机厂的 JBRO400L - 6型电动 机 ,主要参数为 :额定功率 PN = 185 kW,定子变压器一 次侧电压 、电流 U1 = 660 V, I1 = 194 A,二次侧电压 、电 流 U2 = 560 V, I2 = 200 A,空载转速 n0 = 1 000 rpm,效 率 η = 0. 94,功率因数 co sφ = 0. 89,λ = 3. 5,额定转 速 nN = 987 rpm,电机转动惯量 GD2 = 100 kg·m2 。
本研究主要介绍矿井提升机双 PWM 交直交变频 调速系统 。
1 异步电动机双 PWM 控制电路
异步电动机双 PWM 交直交变频系统的主电路 , 如图 1 所示 。整流器部分 ARU 采用 PWM 整流器 , PWM 逆变器 INU 为三相桥式接法 。变频器的输出电 压应为 660 V ,所以桥臂开关器件应采用 1 700 V 的 IGBT。为了检测变频器的三相输出电流 ,需设置 3 只 霍尔电流传感器 。同样 , PWM 整流器的三相交流电源 线电压也为 660 V。对于大容量的主井或副井提升
矿井提升机是矿山生产的重要运输设备 。因此 , 矿井提升机电控系统必须具有安全可靠 、运行高效且 定位准确的能力 [ 1 ] 。相对而言 ,双 PWM 交直交变频 调速具有调速性能好 、功率因数高 、谐波电流小 、能量 可双向流动等显著优点 ,虽然目前使用不多 ,但却是颇 具优势 、颇有前途的方案 。
it realizes the expected purpose. Key words: m ine hoist; dual pulse width modulation ( PWM ) ; induction motor; vector control; computer simulation