電機(jī)模擬系統(tǒng)及其閉環(huán)穩(wěn)定性研究.pdf

1、變頻器作為交流電機(jī)的一種驅(qū)動(dòng)裝置，是電力拖動(dòng)行業(yè)中廣泛使用的一種設(shè)備。傳統(tǒng)的變頻器測(cè)試平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能源消耗大、參數(shù)調(diào)節(jié)不靈活，不利于變頻器動(dòng)模試驗(yàn)的開(kāi)展。本文提出一種由“待測(cè)變頻器＋電機(jī)模擬器”構(gòu)成新型變頻器測(cè)試系統(tǒng)，可以替代傳統(tǒng)的交流傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行變頻器的性能測(cè)試和功率考核試驗(yàn)。電機(jī)模擬器有著與實(shí)際電機(jī)一致的端口電氣特性，能夠靈活模擬電機(jī)在不同負(fù)載下的各種運(yùn)行工況，測(cè)試變頻器對(duì)電機(jī)參數(shù)變化、不同運(yùn)行工況時(shí)的適應(yīng)性。相較于傳統(tǒng)交流傳

2、動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該方案不含實(shí)際電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電機(jī)及其機(jī)械負(fù)載均采用數(shù)字模型易于修改，能靈活測(cè)試電機(jī)參數(shù)變化、負(fù)載變化、異常運(yùn)行時(shí)的變頻器性能。
　　論文首先分析了電機(jī)模擬系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)，并簡(jiǎn)述了系統(tǒng)中各子單元的技術(shù)要求。電機(jī)模擬系統(tǒng)由待測(cè)變頻器、單周采樣單元、電機(jī)模型實(shí)時(shí)仿真器和功率變換器組成。其中，待測(cè)變頻器為測(cè)試對(duì)象、單周采樣單元用于實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)端口輸入的電壓量，電機(jī)模型實(shí)時(shí)仿真器用于計(jì)算電機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)量，功率變換器則用于跟蹤電

3、流給定指令，生成實(shí)際的端口電流。
　　從電機(jī)模擬的角度，建立了三相鼠籠型異步電機(jī)的多組狀態(tài)方程，分析了αβ坐標(biāo)系和dq坐標(biāo)系下方程的優(yōu)劣性，明確αβ坐標(biāo)系下方程求解電機(jī)模型的實(shí)時(shí)狀態(tài)量更具優(yōu)勢(shì)。此外，系統(tǒng)還二次建模分別采用Adams法和Euler法兩種離散算法對(duì)同仿真步長(zhǎng)條件下的電機(jī)模型進(jìn)行求解，二步Adams法在只增加少量加法運(yùn)算情況下較Euler法的計(jì)算的準(zhǔn)確度更高，且步長(zhǎng)穩(wěn)定性更好。功率變換器采用雙三相PWM整流器構(gòu)造，并根

4、據(jù)其電流特點(diǎn)，在αβ坐標(biāo)系下設(shè)計(jì)功率變換器的電流環(huán)PI控制器。
　　針對(duì)矢量控制模式時(shí)，變頻器和電機(jī)模擬器組成的控制系統(tǒng)，其環(huán)路中存在兩個(gè)電流環(huán)，這兩個(gè)環(huán)路間存在耦合關(guān)系，如果匹配不合適，會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性問(wèn)題。文中分析了電流閉環(huán)不穩(wěn)定的原因，確定了電機(jī)模擬系統(tǒng)中接口單元的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。針對(duì)電機(jī)模擬系統(tǒng)接口單元引入的延時(shí)和有限帶寬所帶來(lái)的不穩(wěn)定和不準(zhǔn)確問(wèn)題，在系統(tǒng)中加入電流指令超前校正單元，使得電機(jī)模擬器具有比實(shí)際電機(jī)更高的端口電