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闭环控制中的运行方式

2018-05-25 13:03:08 阅读()

        变频调速系统会对电机的运行产生很多方面的影响,如起动性能的改善、谐波的影响等。但其中改变最大的是电机的运行状况,电机已经不总是运行在固定的频率和滑差下,同时,电机的转子磁链是可以根据控制调整的。在这种状况下,若电机仍然运行在额定的转速和转矩下,则它的电压和频率将不一定是额定的电压和频率。常规的“额定”在变频调速电机的运行中失去了意义。     
        滑差的调整以及磁链定向的控制,使电机的电磁负荷发生了改变,即磁场和电场的能量匹配发生了改变。电机的效率和功率因数等主要性能会因这种改变而得到改善,尤其是功率因数,理论上可以被调整到0.9以上。
         因此,在变频调速电机系统中,电机可以通过控制的方法来改进性能,包括暂态运行性能和稳态运行性能。电机的效率和功率因数等可以通过控制得到较大的提高。但是由于电压和频率的值不能无限制地改变,磁场也会到饱和的情况,所以对滑差或磁场的控制是受到约束的。这就要求在控制前得到电机的详细分析数据,在控制中通过改变电机的磁场和电流,达到改善性能的目的。控制方面对电机运行性能的改善就是控制方案对电机运行的匹配。
         然而,在变频调速电机系统中,通过控制只能将电机的电磁负荷在原有的电磁结构中进行优化调整,其对性能的改善程度是有限的。变频调速电机系统中电机的设计目的就是通过改进电机原有的电磁结构方案,使系统控制对电磁负荷的调整能发挥更大的作用。通过对电机设计数据的调整,使电机在控制中性能得到更深的挖掘,这就是电机设计对控制方案的匹配。
         电机与控制方案的匹配是变频调速电机集成系统研究的重要部分,只有实现了这种匹配,电机和电力电子装置オ能有机地组合在一起,发挥出集成的优势。否则,变频调速电机系统只能算是两个孤立部件的简单相加,其性能与电机在工频下运行相比没有明显的改善。
         以矢量控制闭环系统为例,在矢量控制系统中,转速和转子磁链都可以控制,而电机的输入电压和频率却是不确定的。传统的分析方法是在给定电压和频率的条件下进行分析,显然不能适合闭环系统的条件。闭环控制系统运行点包括;
        1.电磁负荷的改变
        用闭环分析模型分析一台220k 380v异步电机的运行性能,可以发现,在相同的运行点(相同转矩和转速),电机的电磁负荷和性能是随滑差或磁链的控制变化而改变的。
        异步电机在变频调速系统中能够通过滑差的控制来调节性能,但这并不是说电机只有在不同的滑差时才显示出电磁负荷和性能的不同。即使滑差一样,电机的电磁负荷和性能在两个系统中也可能会有很大的差异。这是系统闭环控制给电机带来的重要变化。
        很显然,在变频调速电机集成系统中,因为引入了矢量控制,电机的电负荷和磁负荷都减小了,定子铜耗和铁耗也相应减小,电机的效率随之提高。这说明,即使滑差相同,矢量控制也能使电机的性能大大改善。
        2.滑差变化时的电磁负荷和性能
        在变频调速电机系统中,电机运行的滑差是可控的,不同的滑差在同一个运行点(即同一转速和同一转矩)对应于不同的转子磁链。在滑差值改变时,电机的电磁负荷和性能将按一定规律改变。同时还能知道,滑差的控制是受到电压限制的,当滑差小于0.01时,电机的电压就已经超过了额定电压380V,这样长期运行是对电机不利的。
        随着滑差的增大,电机的磁场在不断减弱,因而磁密减小;但电流却随着滑差的增大先下降后上升。这主要是因为在滑差很小时电机的磁场饱和度较高,虽然转矩电流不大,但励磁电流却很大,随着滑差的增大,磁密减小,磁场饱和程度降低,励磁电流下降很快,总电流也下降;当滑差增大到一定程度时,励磁电流下降变缓而转矩电流却上升较快,因而总电流增大。
        滑差的变化不仅改变了电机内部的电磁负荷,而且也改变了电机运行时的主要性能值。在转速和转矩一定时,通过选择合适的滑差值,能够使电机的性能得到很大的改善
 
 

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