王繼恒

摘要：隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的快速發(fā)展，勵磁系統(tǒng)的運(yùn)用與實(shí)踐迎來了前所未有的重大發(fā)展機(jī)遇，如何通過科學(xué)合理的方法與策略，全面優(yōu)化提升同步電機(jī)交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制效果，備受業(yè)內(nèi)關(guān)注?；诖耍疚氖紫冉榻B了無刷勵磁系統(tǒng)，分析了交流感應(yīng)勵磁機(jī)的矢量控制原理，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從矢量控制的仿真以及硬件和軟件設(shè)計等多個角度與方面，探討了同步電機(jī)交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制問題，闡述了個人對此的幾點(diǎn)淺見。

關(guān)鍵詞：同步電機(jī);交流感應(yīng)無刷勵磁;矢量控制;方法研究

引言：

勵磁系統(tǒng)是同步電機(jī)運(yùn)行控制的核心部件，對于保證系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性與可靠性等方面發(fā)揮著直接作用。當(dāng)前形勢下，技術(shù)人員有必要立足勵磁系統(tǒng)實(shí)際，靈活運(yùn)用多樣化的方法與策略，全面優(yōu)化提升同步電機(jī)交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制的整體效果。本文就此展開了探討。

1無刷勵磁系統(tǒng)簡述

無刷勵磁采用的交流勵磁機(jī)實(shí)質(zhì)是一臺電樞旋轉(zhuǎn)的同步發(fā)電機(jī)。近年來，國家相關(guān)部門高度重視同步電機(jī)交流感應(yīng)無刷勵磁技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，在矢量控制規(guī)則優(yōu)化、目標(biāo)過程強(qiáng)化以及實(shí)踐運(yùn)用效果評價等方面制定并實(shí)施了一系列具有導(dǎo)向性的技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，為新時期交流勵磁機(jī)的功能優(yōu)化提升提供了基本遵循與導(dǎo)向，在確保勵磁系統(tǒng)強(qiáng)勵能力等領(lǐng)域取得了令人矚目的現(xiàn)實(shí)成就，大大促進(jìn)了其系統(tǒng)整體性的穩(wěn)定提升。同時，相關(guān)技術(shù)人員同樣在創(chuàng)新同步電機(jī)交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制模式等方面進(jìn)行了大量卓有成效的研究與探索，確保了交流勵磁電機(jī)輸出的連續(xù)性，構(gòu)建形成了以特定控制環(huán)境為主要面向?qū)ο螅苑蔷€性慣性環(huán)節(jié)為載體的矢量控制體系。盡管如此，受交流感應(yīng)勵磁機(jī)硬件性能等方面要素影響，當(dāng)前其矢量控制依舊存在諸多短板，不利于實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子繞組電流的動態(tài)化檢測，需要給予高度重視。上述背景下，深入探討同步電機(jī)交流感應(yīng)無刷矢量控制的相關(guān)路徑方法，具有極為深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

2交流感應(yīng)勵磁機(jī)的矢量控制原理

2.1交流感應(yīng)勵磁機(jī)的數(shù)學(xué)模型

在當(dāng)前技術(shù)條件下，交流勵磁機(jī)的數(shù)學(xué)模型具有多變性、非線性等顯著特征，同時是一個相對完善的系統(tǒng)。在該模型中，為了使其能夠更加清晰直觀，可在一定范圍內(nèi)忽略空間諧波的影響以及定轉(zhuǎn)子齒槽的影響等，使交流感應(yīng)勵磁機(jī)的基本方程更具完善性，明確各個變量之間的關(guān)系。在確定相應(yīng)的物理量之后，可先后設(shè)定磁鏈方程和電壓方程，以分別對全磁鏈和電壓平衡等進(jìn)行標(biāo)識。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，確保變化前后各項(xiàng)功率系數(shù)的原始狀態(tài)。

2.2勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制原理

為了能夠使同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系更具標(biāo)示價值，可根據(jù)相關(guān)控制原理選擇相應(yīng)的軸系，對勵磁機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向的矢量控制予以建模，根據(jù)周磁鏈變化率的相關(guān)狀況，對電壓方程與勵磁方程進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得到整流橋負(fù)載等技術(shù)參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)整流橋輸出的復(fù)雜特性，將整流橋負(fù)載用一個等效的非線性電阻進(jìn)行代換，得出定子電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的關(guān)系，并將其作為調(diào)整優(yōu)化電機(jī)矢量控制的基礎(chǔ)參考與依據(jù)。

2.3勵磁機(jī)定子磁場定向的矢量控制原理

若提前設(shè)定勵磁機(jī)定子磁場方向，則可對按定子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系進(jìn)行設(shè)定，以強(qiáng)化其矢量控制效果。現(xiàn)代控制技術(shù)理念的快速發(fā)展與實(shí)踐運(yùn)用，為勵磁機(jī)定子磁場定向矢量控制提供了更為靈活的控制工具與載體，使得傳統(tǒng)矢量控制條件下難以完成的轉(zhuǎn)子時間常數(shù)等變量分析任務(wù)更具實(shí)現(xiàn)可能，因此技術(shù)人員可通過運(yùn)用軟件系統(tǒng)平臺將電流的直接控制效果進(jìn)行觀測，以更好地對磁鏈進(jìn)行矢量控制。

3同步電機(jī)交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制研究

3.1交流感應(yīng)勵磁系統(tǒng)的矢量控制方法

由于磁鏈信息具有可觀測性及可控制性等特征，這使得交流感應(yīng)勵磁矢量控制技術(shù)能夠順利有序地在實(shí)踐中運(yùn)用，但需提前確定磁場的具體狀態(tài)，并對其大小和方向等技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行校驗(yàn)掌握。因此，可圍繞定轉(zhuǎn)子磁鏈狀態(tài)，建立相應(yīng)的磁鏈觀測模型，運(yùn)用多種不同的電壓和電流計算方法對矢量控制狀態(tài)進(jìn)行模擬，并通過變換坐標(biāo)系的方式，得到磁鏈的計算方程式。在此基礎(chǔ)上，可對矢量控制的模型方法進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，使電勢大小和電阻壓降等出現(xiàn)相應(yīng)變化，解決純積分環(huán)節(jié)的疑難問題，形成基于磁鏈初始值為基礎(chǔ)的動態(tài)收斂過程，對其收斂性進(jìn)行監(jiān)測。此外，通過運(yùn)用勵磁電流對主機(jī)的勵磁電流進(jìn)行檢測分析，合理降低檢測裝置的復(fù)雜性。

3.2交流變頻感應(yīng)勵磁系統(tǒng)矢量控制的仿真

一方面，要建立矢量控制勵磁系統(tǒng)仿真模型，并根據(jù)相關(guān)模塊化理論將模型細(xì)化分解為主電路模塊、交流勵磁機(jī)和旋轉(zhuǎn)整流器模塊、電壓和電流測量模塊、磁鏈控制模塊和電流調(diào)節(jié)模塊、主控制模塊等。上述不同的構(gòu)成模塊在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)造過程以及效果預(yù)測等方面存在顯著差異，應(yīng)根據(jù)交流變頻感應(yīng)勵磁系統(tǒng)矢量控制的基本需求予以設(shè)定。另一方面，要在特定標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，選取不同技術(shù)參數(shù)用一個電阻和電感來模擬同步電動機(jī)的勵磁繞組，生成相應(yīng)的仿真結(jié)果圖，得到基于定子電流和定子電壓的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3變頻勵磁控制器的硬件和軟件設(shè)計

根據(jù)變頻勵磁控制器的硬件環(huán)境條件，可將控制系統(tǒng)分為主控部分、AD控制單元、通信模塊、開關(guān)量輸出模塊、鍵盤處理模塊等部分，然后針對這些不同的硬件構(gòu)成部分進(jìn)行硬件設(shè)計。以其中的主電路設(shè)計為例，需要有效銜接整理電路、濾波電路和功率逆變電路等構(gòu)成部分之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)等作用，并防止浪涌電流幅值過大而導(dǎo)致的非必要沖突等問題。在軟件設(shè)計方面，應(yīng)圍繞其目標(biāo)系統(tǒng)要求，完成電流和電壓數(shù)據(jù)采集、信號優(yōu)化與控制、電流或電壓故障處理等功能。在軟件系統(tǒng)中，還應(yīng)有序銜接變量初始化、系統(tǒng)初始化、中斷初始化等環(huán)節(jié)之間的關(guān)系，在參數(shù)離線辨識程序的作用下，執(zhí)行系統(tǒng)命令。

3.4無刷勵磁系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

建立健全完善系統(tǒng)的規(guī)則體系，為無刷勵磁系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)控制提供基礎(chǔ)性依據(jù)與參考，制定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究方案，確保實(shí)驗(yàn)平臺能夠始終保持穩(wěn)定有序狀態(tài)。搭建基于同步電機(jī)交流感應(yīng)基本原理的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺，將相對復(fù)雜抽象的實(shí)驗(yàn)過程清晰直觀地展現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)對勵磁電流的精準(zhǔn)測量，并對相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面記錄，繪制形成相應(yīng)的分析圖表。選擇具有代表性的技術(shù)參數(shù)，對無刷勵磁系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，構(gòu)建形成具有層次性的評價體系，精準(zhǔn)評價分析無刷勵磁系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果，并將最終評價結(jié)果作為調(diào)整與改進(jìn)矢量控制模式的重要依據(jù)與參考。

4結(jié)語

綜上所述，受傳統(tǒng)勵磁系統(tǒng)控制理念等方面要素影響，當(dāng)前同步電機(jī)交流感應(yīng)無刷勵磁矢量控制實(shí)踐中依舊存在諸多短板，不利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的穩(wěn)定提升。因此，技術(shù)人員應(yīng)從勵磁系統(tǒng)的客觀實(shí)際出發(fā)，創(chuàng)新方式方法，采用多樣化方法與策略，提高無刷勵磁矢量控制的整體效果，為全面促進(jìn)其整體運(yùn)行效能的優(yōu)化發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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