感應電機間接自控制技術研究

2.2.2 PI調節器的參數設定

系統PI 調節器針對電機的轉矩進行控制，一方面希望得到快速的轉矩動態響應，另一方面又希望穩態性能較好，所以調節器參數的選取需要進行權衡。本文采用了變參數PI 調節器，參數選取如圖4 所示。圖中的比例積分系數分別以0.04和2 進行了歸一化處理?？梢钥闯霎旊姍C的轉矩響應處于過渡過程時，比例積分系數較大，使調節器輸出較大的給定值，從而加速系統的響應過程，積分系數較大可以使穩態時積分器能夠輸出較大的給定值;當轉矩處于穩態時，比例系數較小，給定值不會過大以免產生振蕩，同時積分系數也較小，能夠產生比較穩定的給定值。

2.2.3 逆變器的控制方法與開關頻率的設定

變頻調速系統中的電壓型逆變器采用SVPWM調制技術實現脈寬調制的功能[12][13]，具體算法采用文獻[13]的方法，在三相正弦調制波中加入一個三倍頻的電壓分量，然后按照常規的SPWM 算法確定門極開關信號，該算法較為簡單。逆變器開關頻率的設定值如圖5 所示，在25 Hz 以下時為異步調制，開關頻率穩定在1 kHz;在25耀40 Hz 時是載波比為27 的同步調制區域，開關頻率變化范圍在675耀1 080 Hz;在50 Hz 時是載波比為21的同步調制區域，相應的開關頻率變化范圍在840耀1 050 Hz;在50 Hz 以上時進入方波運行區。

這樣的開關頻率設定與大功率牽引領域應用場合相符合。

2.3 系統仿真波形圖

這里采用速度閉環調節器針對感應電機的速度進行調節。圖6 給出了感應電機轉矩與轉速波形圖，可以看出轉矩響應是比較快的。值得注意的是在100 r/min 低速時，逆變器工作在開關頻率1 kHz 下，轉矩的波動仍然很小，傳統DTC 技術很難實現這一點[11]。

圖7 給出了電機定子磁鏈矢量相角增量K3的波形圖。可以看出，在對應于每一次電機轉矩發生較大變化的時候，K3都相應有短暫的劇烈變化，這樣就可以迅速改變公式(1)中的角度茲sr，從而產生期望的轉矩響應。在低速的時候，電機的轉速只有100 r/min，但是采用空間矢量脈寬調制技術可以使得定子磁鏈矢量在1 ms 的PWM周期內產生圖7中的較小的角度增量，所以轉矩脈動較小。

圖8 給出了對應圖6 和圖7 的電機的A 相電流波形，圖中的電流按照額定電流進行了歸一化處理?？梢钥闯龅退贂r[圖8(a)、(b)]電流波形正弦度較好，因為此時的調制比較大;高速時，由于開關頻率受到限制，調制比較小，電流的諧波會增加一些，如圖8(c)所示。

3 結語

本文研究了一種實用的間接自控制方案，它與直接轉矩控制技術的原理相類似，但控制系統的結構有些區別。通過PI線性調節器針對定子磁鏈幅值與電機轉矩分別進行閉環控制，并得到定子電壓矢量的給定值，然后采用較為成熟的空間矢量脈寬調制技術控制電壓型逆變器。通過仿真結果可以看出間接自控制技術在較低的開關頻率下，具有類似直接轉矩控制技術中轉矩的快速響應，尤其是在低速區性能較傳統DTC 好，是一種在大功率牽引領域中實用的感應電機控制技術。