感应电机定子匝间短路故障建模与仿真研究_苏晓丹_图文_百度文库
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感应电机定子匝间短路故障建模与仿真研究_苏晓丹
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你可能喜欢1&引言 &&&&新型双绕组感应发电机定子嵌有两套极数相同的绕组，一套为功率绕组，输出端接励磁、：另一套为控制绕组，接励磁变换器，可为发电系统连续调节励磁，保持功率绕组输出不变。双绕组感应发电机系统的数学仿真包括发电机、功率半导体、控制器、测量装置等多个数学模型。连续系统的数学仿真保证积分误差处于规定范围内，常采用动态调节仿真步长的方法提高仿真速度。在该发电系统的实时控制中，控制程序通常运行在等嵌入式器件上，在固定的时钟内完成控制程序,并对执行元件-功率半导体发出控制信号,这样就存在诸如中断延时、执行时间、硬件接口、测量误差等瓶颈问题。解决上述问题的方法是将双绕组感应发电机、功率半导体、等接入仿真回路，仿真系统按照实际时间工作，即可满足实时性要求。这种半实物仿真形式也称为快速控制原型。 &&&&本文提出一种基于dSE单板系统DS1104试验平台的离散事件励磁变换器系统与连续时间双绕组发电机系统解耦的实时仿真方法，建立相应的试验模型,并对一台双绕组感应发电机系统进行试验研究。 2&励磁系统的控制策略 &&&&当双绕组感应发电机转速或负载发生变化时，应保持输出电压恒定，需要调节电机的励磁无功，同时调节控制绕组侧励磁变换器直流侧的。本文采用控制绕组定子磁场定向控制策略，双绕组发电系统励磁控制原理图如图1所示。 &&&&整个系统控制分为两个闭环，其中将功率绕组整流桥输出端检测的输出电压Upd与所给参考电压Updref相比较得到误差信号，经PI调节器控制后得到参考无功分量给定值i*sd，来补偿控制电机所需励磁无功;根据控制绕组励磁变换器直流侧电容的电压检测值Ucd与所给参考电压给定值Ucdref相比较所得的误差信号，经PI调节器控制后乘以系数-1可得到参考有功电流分量给定值i*sq，来补偿控制电容所需有功功率，其中系数-1表示有功是从电机流向励磁变换器。 3&实时系统硬件设计 &&&&dSPACE实时仿真系统是基于Matlab／Simulink的控制系统开发及测试平台，与Matlab／Simulink完全无缝连接。本文采用的单板系统DS1104是由主处理器、辅助DSP、中断控制器、储存器、计时器以及主机接口等部分组成。DS1104控制器板使用Pow- erPC处理器进行浮点运算,其主频为250&M,运算能力强。DS1104控制器板还集成了TMS320F240DSP为核心的I／O子系统，满足特殊的I／O要求。 &&&&dSPACE软件系统由算法开发模块、实时运行模块以及实时测试监控模块3部分组成。基于dSPACE的双绕组发电机控制系统开发包括： &&&&(1)LAB／Simulink模型建立及离线仿真。利用Matlab／Simulink建立双绕组感应发电机仿真对象的数学模型，设计控制方案，并对系统离线仿真。 &&&&(2)I／O的接入。Matlab／Simulink中保留需要下载至SPACE的模块，利用硬件接口关系代替原逻辑连接关系，配置I／O，设置软硬件中断优先级。 &&&&(3)利用RTW和dSPACE提供的工具自动生成代码并下载，将模型转换为实时仿真机可运行的程序。 &&&&(4)dSPACE综合实验和调试。利用ControlDesk获取实时仿真数据。 &&&&功能强大的实时代码能实现软件RTI与界面友好的试验软件ControlD-esk，可快速建立双绕组感应发电机实时控制系统平台。系统硬件连接原理图如图2所示。硬件包括由励磁变换器、发电机、整流型负载组成的主回路,而以DS1104为核心的控制回路包含定子双绕组电压、电流检测，直流母的检测电路和保护电路等。 &&&&本系统设计含有10路A／D采样电路,该A／D采样电路用于采样控制侧母线电流电压、控制侧两相电流(三相中只有两相电流是独立的)、功率侧两相电流电压以及功率侧母线电流电压等。选择其中所需的采样通过同轴电缆分别与DS1104的8个ADC单元相连，主要包括：控制侧电流检测、功率侧电流检测、控制侧电压检测、功率侧电压检测。 &&&&另外，采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)综合处理故障信号。本系统设计含有16个保护信号输入，经过“相与”后产生一个FAULT信号输入至DS1104控制器板的主处理器，主处理器产生硬件中断信号，使程序在Matlab软件中停止运行，同时，还输出一个BRAKE信号在控制平台硬件上直接关闭信号，实现实验平台的双重保护。这16个保护信号经过处理后输出14个低有效的显示信号，使对应的发光报警。 &&&&该控制方案在一台由三相感应电动机自行改制的1&500&rpm,900&W的小样机全数字控制平台上进行验证,设计PI可调的实时仿真界面。控制器系统周期为80μs，数字滞环的宽为0．5&A。 4&试验研究 4．1&系统自励建压 &&&&采用105μF的自励电容自励建压，当功率侧直流电压达到120&V时即转入控制绕组磁场定向矢量控制，在额定转速空载下的自励建压试验波形如图3所示。 图3额定转速空载下的自励建压试验波形图 &&&&由于整流桥直流输出侧采用较大的电容，图3所示的功率侧直流电压在建压稳定后始终是平直光滑的，几乎没有较大波动。 4．2&励磁电容C=105μF额定负载时的变速过程 &&&&系统带额定负载时，转速从1&500&rpm快速增加至2&000&rpm,此过程采用控制绕组的电压定向控制策略,功率侧直流电压上升至9&V，约为5．6％，如图4所示。 &&&&额定负载时变速的控制绕组电压电流的波形如图5所示。额定负载运行时，控制绕组线电流滞后于线电压约120°(相电流滞后于约90°)，由于电压电流参考方向是按照电动机惯例，此时控制绕组励磁变换器具有电容作用，向发电机提供所需无功,满载运行时，由于去磁效应，励磁电容不能提供发电机所需的无功，此时需要控制绕组补偿，且随着转速的升高，发电机所需无功下降，控制绕组的电流越来越小，符合电机转速升高弱磁原理。 5&结束语 &&&&本文采用dSPACE单板系统DS1104试验平台的离散事件系统与连续时间发电机系统解耦的实时仿真方法，将双绕组感 应发电机-逆变器-传感器取代数学模型，直接置入仿真回路，进行半实物仿真研究，内容包括：系统建压、额定负载的变速运行等，研究结果表明，将dSPACE应用于双绕组感应发电系统中,有利于缩短开发周期，降低开发成本，提高系统运行的可靠性。&
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基于模糊控制的感应电机直接转矩控制系统
15:03:54来源: 互联网 关键字：&&
&&&& 摘要：根据直接转矩控制理论，在Matlab 6．5／Simulink下构造了一个直接转矩的。为改善感应电机系统的动、静态品质，设计了模糊自适应PI速度调节器，根据速度偏差与偏差变化率，通过模糊推理在线调整PI参数，提高系统的调速性能。仿真结果表明，这种模糊控制器具有比常规更好的控制效果。关键词：模糊控制；直接转矩控制；感应电机；速度调节器
0 引言&&& 直接转矩控制(DTC)是继矢量控制技术之后又一先进电机控制技术，其结构简单、对电机参数不敏感、转矩响应迅速而被广泛应用。感应电动机直接转矩控制系统中，速度控制器大都是用PID控制器，传统的PID控制技术不能有效克服因电机参数变化、负载变化和非线性因素带来的影响，而模糊控制适应非线性时变、滞后系统的控制，具有鲁棒性强的优点。在常规PID速度调节器由于参数固定而无法满足系统高性能调速的要求时，引入模糊控制技术构造速度模糊控制器，设计了一种模糊自适应PI速度调节器，根据速度偏差与偏差变化率，通过模糊推理在线调整PI参数，有效地改进了直接转矩控制系统性能，达到了较好的控制效果。
1 直接转矩控制基本原理&&& 直接转矩控制的核心思想是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。它不需要解耦电机数学模型，而强调对电机转矩进行直接控制，即用空间矢量的，直接在定子计算和控制的转矩。直接转矩控制的结构原理如图1所示，它由磁链估算、转矩估算、磁链位置估算、开关表和调节器、逆变器等部分组成。其工作过程如下：首先由检测单元检测出电机定子电流和电压值、实际转速ω，然后输入到感应电机数学模型模块计算出ψα，ψβ和实际转矩值Te。ψα和ψβ通过磁链计算单元，得到定子磁链ψs的幅值|ψs|和所在区间信号SN。实际转速ω和给定转速ω*通过转速调节器得到转矩给定值。实际转矩Te与转矩给定值经转矩调节器处理后得到转矩开关信号TQ。磁链给定值与磁链反馈值|ψs|经磁链调节器处理后产生磁链开关信号ψQ。开关信号选择单元综合ψQ，TQ和SN，通过查表的方式得到逆变器开关信号SUabc来控制逆变器提供合适的电压驱动感应电机运行。
2 模糊直接转矩控制系统设计&&& 模糊控制是一种典型的智能，以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，其基本思想是把人类专家对特定被控对象或过程的控制策略总结成一系列控制规则，通过模糊推理得到控制作用集，作用于被控对象或过程。与传统的控制方法相比，模糊逻辑控制无需系统的精确数学模型，具有鲁棒性强，控制性能好的优点，更适合对复杂、非线性时变、滞后系统的控制。模糊自适应PI速度调节器由常规PI控制器和模糊控制器两部分组成，其原理如下：模糊控制器选用速度误差e和速度误差变化率ec作为输入变量，利用模糊规则经过模糊推理，输出比例修正系数△KP、积分修正系数△KI，以在线实时调整PI控制器的参数，进而产生给定转矩信号，送入DTC控制系统对感应电机转速进行控制。图2给出了系统的。2．1 模糊变量&&& 本模糊控制器采用两个输入变量和两个输出控制量。两个模糊输入变量分别为速度误差、速度误差变化率，分别用e和ec表示，输出控制量为比例修正系数和积分修正系数，分别用△KP和△KI表示。e包含7个模糊子集，相应的语言变量为：负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正中(PM)和正大(PB)，论域为[-1，+1]，隶属分布函数如图3所示。
&&& ec包含3个模糊子集，相应的语言变量为：负(N)、零(z)和正(P)，论域同样为[-1，+1]，隶属函数如图4所示。
&&& △KP，△KI分别包含4个模糊子集，相应的语言变量为：零(Z)、小(S)、中(M)、大(B)，论域为[0，1]，隶属函数如图5所示。2．2 模糊控制规则&&& 模糊PI参数自整定基本原则如下：&&& (1)当系统偏差(|e|)较大时，为使系统尽快消除偏差，不管ec的符号如何，都应取较大的KP和KI，以达到缩小偏差的目的。&&& (2)当系统偏差(|e|)是适中时，为防止系统超调过大，应取较小的KP，同时为保证一定的响应速度，KI要选取适中的数值。&&& (3)当系统偏差(|e|)较小或为零时，为缩短系统的调节时间，应选取适中的KP和较小KI的数值。根据上述调整规则和多次仿真结果，模糊控制器的控制规则如表1所示。
2．3 模糊推理和模糊决策&&& 模糊推理采用Mamdani推理方法，采用最大隶属度所对应的输出为控制量，得到KP，KI的最终输出值，其控制规则采用“If e=E and ec=Ec then △KP and△KI”的形式。&&& 参照表1可得21条控制规则。&&& 如"If e=PB and ec=P then △KP=B and △KI=Z”，输出量为比例修正系数△KP和积分修正系数△KI，在线调节PI参数，达到实时控制的目的。
3 仿真结果&&& 为了验证新型控制系统的正确及优越性，选用三相鼠笼式感应电机参数为：Pn=2.5kw，us=380V，f=50Hz，nr=1400r／min，Rs=1.85Ω，Rr=2．658 Ω，Ls=O．294 H，Lr=0．289 8 H，Lm=0．283 8 H，np=2，J=0．01 kg·m2。在Matlab 6．5中，使用Simulink库和Power Sys-tem Blocket库提供的模块来构成系统仿真模型。参照前文分析，搭建的仿真模型如图6所示。
&&& 为了验证模糊自适应PI速度调节器的有效性，在两种相同工况下与常规PI速度调节器进行了比较。
&&& 图7，图8分别给出模糊自适应PI与常规PI在给定速度发生变化(1 000-100-500)r／min和负载发生变化时(0-15-5)N·m的速度响应波形。通过结果对比可以发现，采用模糊自适应PI速度调节器的DTC系统速度响应快，超调小，稳态性能好，有良好的干扰抑制能力和鲁棒性，转速调节性能获得了明显提高，模糊自适应PI控制具有更佳的控制效果。
4 结论&&& 本文将模糊控制方法应用于感应电机的直接转矩控制系统中，针对常规PI速度调节器因参数固定而无法满足系统高性能调速的要求，设计了模糊控制与PI控制相结合的模糊自适应PI速度调节器控制系统，取代传统PID控制。在Matlab／Simulink环境下建立了系统的仿真模型。仿真结果表明，该方法不仅能够提高系统的调速性能，而且还提高了系统的抗干扰能力，证明了系统的可行性和正确性。
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多相整距绕组感应电机的机电动力系统模型研究
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0引言感应电机为提高电机的转矩密度,可采取如下3条措施[1-3]:1)采用整距绕组,以提高电机绕组的有效利用率;2)采用非正弦波电压供电,在定子电流中注入三次时间谐波分量,以利用气隙中的三次空间谐波分量来提高电机的出力;3)采用多相绕组,根据相关分析,要使定子电流中的三次时
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发电机在电力系统不对称短路时,转子频率为什么是100HZ
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不对称短路会出现“负序分量”，这个负序电流形成的磁场与转子绕组形成2倍的同步速相对运动，所以在转子绕组会感应出100HZ的电流。
采纳率：67%
转子绕组是直流电励磁，电源频率是零。
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