关键字 |
| 磁场定向矢量控制,磁滞带,间接控制,切换损失,仿真软件 |
介绍 |
| 据估计,电机消耗超过50%的世界产生的电能。经济节约和减少环境污染是两个因素,突出分析效率的重要性在电动驱动器。的感应电动机广泛应用于电气驱动和负责大部分电动汽车的能源消耗。近年来高性能控制的感应电动机驱动器一般工业应用和生产自动化得到了广泛的研究兴趣。提出了许多方案控制的感应电动机驱动器,其中面向领域的控制,或矢量控制,已被接受为最有效的方法之一。矢量控制提供了许多好处包括速度控制范围,精确的调速,动态响应快,速度和操作基地。磁场定向控制的感应电动机驱动系统,电流控制技术中扮演最重要的角色在电流控制脉宽调制(PWM)逆变器,广泛应用于高性能动态驱动系统。在各种电流控制技术,考虑容易实现,传统的滞环PWM电流控制方法是一个很受欢迎的一个。这个方案的优点是它的简单性,准确性好,反应好,鲁棒性高。这个方案的主要缺点是高开关频率可以发生在低磁滞带逆变器的开关损耗会增加。 In addition, the current error is not strictly limited. The current ripple can reach twice the hysteresis band. This paper analyses the overall system level efficiency of a vector controlled induction motor drive which employs a hysteresis current controller for PWM generation. The losses in the induction motor and the switching losses in the inverter circuit of the drive are considered. Induction motors have a high efficiency at rated speed and torque. However, the operation of the machine with rated flux at light loads, iron losses increase dramatically, reducing considerably the efficiency. The hysteresis band of the current controller is the main factor deciding the switching losses in the inverter circuit. It also affects the current ripple and torque ripple of the induction motor drive. |
间接磁场定向控制 |
| 采用磁场定向控制、感应电动机的转矩和磁通可以独立控制的直流电机。电源电路由前端二极管整流器和磁滞带电流控制脉宽调制(PWM) inverter.Fig。1显示了一个典型的框图IFOC感应电动机。 |
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| PI速度控制器生成参考转矩命令: |
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| Nref速度命令和N是实际的转子速度。 |
| 利用转矩和转子磁通参考命令生成电动机d−问参考电流: |
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感应电动机传动效率 |
| 最小功率损耗在感应电动机驱动器带来重大的全球能源储蓄,因为机器消耗大约三分之二的全球发电。电机驱动系统的三个主要组件控制,机器和电力电子。控制是基于模拟或数字电路,通常使用一个微不足道的权力;它的功耗相对稳定。机器和电力电子控制系统的损失。 |
| 机器通常是用来运行在额定流量条件这样发达每安培高转矩,瞬态响应快。如果通量组件的定子电流dq同步旋转坐标系的额定磁通将全方位的基础速度(即从0到额定值),是在传统的感应电动机的矢量控制方法,它导致快速和精确的转矩响应的生产。然而,大多数时候,工业驱动运行在轻负载。如果额定流量保持在轻负荷损失核心是过度导致低效率的动力。此外,在低频率操作,比铜损核心损失相当低。随着速度的增加,涡流损耗的贡献增加,最终成为占主导地位,因此最佳组合的直轴(d-axis)和交轴(q-axis)电流取决于所需的扭矩和速度。 |
感应电动机的损失 |
| 的运营亏损感应电动机由定子和转子铜损失,核心损失和机械损失。铜损是由于当前的流动通过定子和转子绕组,由 |
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逆变器的损失 |
| 在矢量控制驱动,通常采用定子电流或磁滞环控制器。磁滞乐队影响逆变器开关设备的切换和传导作用。这是说明一个逆变器的滞环电流控制的阶段。磁滞带小,开关(假定绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在这种情况下)打开和关闭所示通常在磁滞带更大的地方。小磁滞带,电流保持在窄幅波动导致逆变器开关速度更快。更大的磁滞带允许更多的电流变化空间,因此收益率减少逆变器转换作用。 |
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| 提出了三相PWM电流控制器的一个简化的图图3所示。当前控制器包括三个独立的迟滞比较器和三个逻辑门功能。逆变器功率开关驱动信号的派生形式其他控制器的输出信号。在当前控制器,三相的电流命令(ias *、ibs *, ics *)与实际定子电流(ias肠易激综合症,ics),然后由此产生的错误被送入两级迟滞比较器,分别。迟滞比较器输出信号的定义是: |
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| iabc表示三相的电流和iabc *是它的引用,和Δi表示预设滞后区间所有阶段。假设,当实际定子电流增加和达到上限(iabc * +Δi / 2),迟滞比较器的输出是y = 0,以便选择合适的电压矢量,降低定子电流。相反,当实际定子电流降低,达到下限(iabc * -Δi / 2),迟滞比较器的输出是y = 1,所以另一个适当的电压矢量选择增加定子电流。因此,一个更小的涟漪会产生如果使用一个窄滞后乐队,但逆变器开关的功耗会增加由于更大的开关频率。当前的脉动和开关频率是两个主要考虑确定当前的乐队。在传统的滞环电流控制器,众所周知,目前的变化在参考一定的涟漪。当前的涟漪可以达到两次磁滞带由于逆变器开关之间的交互。 |
仿真结果 |
| 间接磁场定向控制5.4 hp感应电动机驱动的方法,使用MATLAB / SIMULINK仿真。模拟已经进行5.4 hp感应电动机驱动,评级的表中进行了总结。驱动器的性能在不同的操作条件下观察到。表2显示了我在不同的速度和负载条件下的效率。 |
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| 可以看出传统的铁损失几乎是常数方法在不同加载条件给定的恒速。当机器运行在较低负荷或在非额定速度,效率降低由于两个主要损失组件之间的不平衡,与铁的损失控制在轻负载。在额定速度,效率从60%变化到82%,负载增加从20%(5.34海里)到100%(26.7海里)的额定负载扭矩。机械损失常数对于一个给定的速度和速度变化成比例的变化。 |
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| 答:效率5.4 hp感应电动机负荷变化的分析 |
| 图5显示了模拟动态性能1 m推动一个阶跃变化的负载转矩。在起动电动机吸引高较低的定子电流频率发展必要的起动转矩和一旦电动机加速频率增加,电流的大小减少。有小涟漪定子电流,因此在发达导致电磁转矩滞环PWM电流控制器的切换。当负载从20%上升到100%的额定转矩在t = 0.5秒,速度控制器保持电动机在额定转速。增加开发的电磁转矩电动机额定价值26.7 Nm满足负载转矩要求定子电流成比例的增加。直轴电流是恒定值不同的额定流量值和交轴电流负载转矩成正比。但当驱动器在轻载条件下,效率差的铁损最大额定流量对应。 |
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| 5.4 b的效率分析惠普感应电动机变速 |
| 图7显示了模拟动态性能1 m推动一个阶跃变化的速度。在t = 0.5秒,当命令速度增加从286转到1430转(额定转速)和相同的负载转矩,实际的电机速度跟踪命令速度。此外,不改变转矩稳态定子电流没有变化。可以看出在恒定速度,增加负载1 m驱动器导致提高效率。可以看出效率随速度的增加在固定负载下运行的驱动器。在额定负载,效率从67.4%变化到82%速度增加20% (286 rpm) 100% (1430 rpm)的额定负载转矩。 |
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| c . 5.4 hp感应电动机的效率分析磁滞带变化 |
| 感应电动机驱动模拟了磁滞带h = 0.5和h = 4。图7 (a)、(b)、(c)和图8 (a)、(b)、(c)显示了脉冲电流和转矩波形分别为h = 0.5和h = 4。可以看出,开关的数量已经减少了磁滞带时从h = 0.5增加到h = 4。然而,扭矩和纹波电流的增加从图8 (b)和图8 (c)。转矩脉动的因素从15%到60%的增加滞后乐队目前的控制器。 |
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结论 |
| 感应电动机驱动的整体效率取决于各种因素,例如磁滞带电流控制器的负载条件下,通量水平。感应电动机驱动器效率可以提高通过损失减少,可实现电动机的选择和设计,提高波形由电源逆变器,利用合适的控制方法。在轻负荷感应电动机的效率可以提高了操作这台机器在通量水平低于额定值,从而控制铁损。逆变器的开关损失和感应电动机的转矩脉动是关键因素决定的磁滞带电流控制器。 |
引用 |
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- Bimal k . Bose现代电力电子和AC驱动器,第1版,培生教育公司,2003年
- p . Famouri和j . Cathey¢损失最小化控制的感应电动机驱动,一个¢IEEE反式。印第安纳州,达成。,vol. 27, no. 1, pp. 32âÂÂ37, Jan./Feb. 1991
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- 即高桥和h Mochikawa,¢新的最低损失的PWM逆变器波形控制操作的感应电动机驱动,一个¢IEEE反式。印第安纳州,达成。,vol. IA-21, no. 3, pp. 580âÂÂ587, May/Jun. 1985.
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