基金項(xiàng)目： 國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51175442，51005246）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（2010ZT03）

作者簡介： 馬莉麗（1980-），女，博士研究生，研究方向?yàn)槲锪餮b備理論、機(jī)電系統(tǒng)智能控制及其自動化、起重機(jī)節(jié)能控制，電話： 029-84562994， E-mail： malilichina@163.com

文章編號： 0258-2724（2013）03-0494-06DOI： 10.3969/j.issn.0258-2724.2013.03.016

摘要：

為了使起重機(jī)電機(jī)拖動系統(tǒng)的電機(jī)以給定轉(zhuǎn)速實(shí)時跟蹤突變的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，通過等效折算得到了起升機(jī)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的等效轉(zhuǎn)動慣量、等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電機(jī)拖動系統(tǒng)動力學(xué)方程；建立了按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；應(yīng)用轉(zhuǎn)差角頻率設(shè)計了跟蹤負(fù)載轉(zhuǎn)矩的矢量變頻控制系統(tǒng).實(shí)例計算表明：閉環(huán)系統(tǒng)的空載起動時間比開環(huán)系統(tǒng)快0.34 s，電機(jī)平穩(wěn)起動，起動階段開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的峰值電磁轉(zhuǎn)矩差值達(dá)148 N·m；閉環(huán)系統(tǒng)電機(jī)消耗的電功率（綜合節(jié)能的百分比）小于開環(huán)系統(tǒng)；在起動階段，開環(huán)系統(tǒng)的峰值功率是閉環(huán)系統(tǒng)峰值功率的2.5倍.電機(jī)在空載起動階段約節(jié)能50%，平穩(wěn)運(yùn)行階段約節(jié)能30%.

關(guān)鍵詞：

起重機(jī)；電機(jī)拖動系統(tǒng)；負(fù)載跟蹤；變頻控制；電機(jī)能耗

中圖分類號： TH213；TM341文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

起重機(jī)電機(jī)拖動系統(tǒng)由三相異步電動機(jī)（以下簡稱為電機(jī)）和傳動機(jī)構(gòu)構(gòu)成[1-3]，對起重機(jī)工作節(jié)能控制的關(guān)鍵是對電機(jī)的調(diào)速控制[4-5]，使電機(jī)對突變的負(fù)載轉(zhuǎn)矩具有良好的跟蹤性能[6].改變電機(jī)定子電壓調(diào)速[7]、轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速等傳統(tǒng)方法都屬于功率消耗型調(diào)速方法，大量的轉(zhuǎn)差功率被消耗在轉(zhuǎn)子回路.功率回饋型調(diào)速方法需要額外的功率吸收裝置，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜[8].矢量變頻控制調(diào)速范圍大，屬于轉(zhuǎn)差功率不變型無級調(diào)速方法，結(jié)合反演控制[9-10]、魯棒控制[11]、逆系統(tǒng)[12]及變結(jié)構(gòu)控制[13]等控制理論和方法，可應(yīng)用于對調(diào)速性能要求較高的場合.實(shí)驗(yàn)證明，采用矢量變頻調(diào)速運(yùn)行的系統(tǒng)的平均節(jié)電率一般在30%～40%，尤其應(yīng)用于大容量的風(fēng)機(jī)、水泵等恒功率負(fù)載，節(jié)能效果更加明顯.但對于具有恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的起重機(jī)電機(jī)拖動系統(tǒng)，要求電機(jī)調(diào)速的同時必須實(shí)時跟蹤負(fù)載的突變，才能實(shí)現(xiàn)在起重機(jī)電機(jī)拖動系統(tǒng)調(diào)速的同時達(dá)到電機(jī)節(jié)能控制的目的.文獻(xiàn)[9-13]中采用調(diào)速方法并不能達(dá)到上述目的.為此，本文針對起重機(jī)電機(jī)拖動系統(tǒng)設(shè)計了基于轉(zhuǎn)差角頻率控制的負(fù)載轉(zhuǎn)矩跟蹤系統(tǒng)，通過負(fù)載轉(zhuǎn)矩跟蹤控制系統(tǒng)控制電機(jī)定子電源角頻率，實(shí)現(xiàn)電機(jī)在起重機(jī)工作時以給定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，并且電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩能在負(fù)載突變的瞬時跟蹤突變的負(fù)載轉(zhuǎn)矩.

1

起重機(jī)電機(jī)拖動系統(tǒng)動力學(xué)方程

2

負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)設(shè)計

3

實(shí)例計算

為了驗(yàn)證電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行和對起重機(jī)負(fù)載的跟蹤性能，對無控制系統(tǒng)（簡稱開環(huán)系統(tǒng)）的實(shí)際系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行對比驗(yàn)證.

由圖7可以看出，開環(huán)系統(tǒng)中電機(jī)定子電壓有效值恒為380 V，轉(zhuǎn)子電角速度變化引起轉(zhuǎn)差角頻率變化，控制定子電壓的有效值隨電機(jī)轉(zhuǎn)速上升逐漸增大，所以開環(huán)系統(tǒng)電機(jī)消耗的電功率大于閉環(huán)系統(tǒng)電機(jī)消耗的電功率，尤其是在空載起動階段，前者峰值功率約為后者的2.5倍.經(jīng)計算，在空載起動階段電機(jī)節(jié)能約50%，平穩(wěn)運(yùn)行階段電機(jī)節(jié)能約30%，采用負(fù)載跟蹤控制系統(tǒng)的電機(jī)節(jié)能效果明顯.

4

結(jié)束語

基于轉(zhuǎn)差角頻率矢量變頻控制的電機(jī)能按照給定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩對突變負(fù)載轉(zhuǎn)矩的快速跟蹤.計算實(shí)例驗(yàn)證了負(fù)載轉(zhuǎn)矩跟蹤閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計的有效性.閉環(huán)系統(tǒng)的空載起動時間比無控制的開環(huán)系統(tǒng)快0.34 s，并且電機(jī)平穩(wěn)起動，電磁轉(zhuǎn)矩對電機(jī)拖動系統(tǒng)具有較小的沖擊作用，起動階段兩者的峰值電磁轉(zhuǎn)矩差值達(dá)148 N·m.閉環(huán)系統(tǒng)電機(jī)消耗的電功率小于開環(huán)系統(tǒng)電機(jī)消耗的電功率，尤其是在起動階段的峰值功率，后者是前者的2.5倍.電機(jī)在空載起動階段約節(jié)能50%，平穩(wěn)運(yùn)行階段約節(jié)能30%，電機(jī)具有明顯的節(jié)能效果.

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