交流电力牵引系统52016.优秀PPT.ppt
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1、城市轨道车辆电力牵引与限制城市轨道车辆电力牵引与限制 沟通牵引电机暂态限制沟通牵引电机暂态限制城市轨道交通学院城市轨道交通学院主要内容主要内容三相沟通异步电机暂态数学模型三相沟通异步电机暂态数学模型按转子磁场定向的矢量限制按转子磁场定向的矢量限制按定子磁场定向的干脆转矩限制按定子磁场定向的干脆转矩限制1234沟通传动主回路沟通传动主回路 不同于矢量限制技术,干脆转矩限制有着自己的特点,它在很大程度上解决了矢量限制中计算困难、特性简洁受电动机参数变更的影响、实际性能难以达到理论分析结果的一些重要技术问题。它以自己新颖的限制思想,简洁明白的系统结构,优良的静、动态性能受到了普遍的关注并得到了快速的
2、发展。干脆转矩限制技术的诞生与发展3 干脆干脆转转矩限制矩限制 矢量限制技术仿照直流电动机的限制,以转子磁场定向,用矢量变换的方法,实现了对沟通电动机的转矩和磁链限制的完全解耦。然而,在事实上由于转子磁链难以精确观测,并且系统特性受电动机参数的影响较大,以及在模拟直流电动机限制过程中所用矢量旋转变换的困难性,使得实际的限制效果难以达到理论分析的结果。这是矢量限制技术在实践上的不足之处。干脆转矩限制技术的诞生与发展3 干脆干脆转转矩限制矩限制 实际表明,接受干脆转矩限制的异步电动机变频调速,电机磁场接近圆形,谐波小,损耗小,噪声及温升均比一般的逆变器驱动的电动机小得多。干脆转矩限制系统的主要特点
3、有:干脆转矩限制是干脆在定子坐标下分析沟通电动机的数学模型,限制电动机的磁链和转矩。不须要与直流电机进行比较、等效、转化;所以不须要为解耦而简化沟通电动机模型,省掉了坐标变换。接受空间矢量的概念来分析三相沟通电动机的数学模型和限制各物理量,使问题变的简洁明白。干脆转矩限制技术的诞生与发展3 干脆干脆转转矩限制矩限制 强调的是转矩的干脆限制效果。其限制方式是,通过转矩两点式调整器把转矩检测值与转矩给定值做滞环比较,把转矩波动限制在确定的容差范围内,容差大小由频率调整器来限制。因此,他的限制效果不取决于电动机的数学模型是否能简化,而是取决于转矩的实际状况。总之,干脆转矩限制技术,用空间矢量的分析方
4、法,干脆在定子坐标系下计算与限制沟通电动机的转矩,接受定子磁场定向,借助离散的两点式调整产生PWM信号,干脆对逆变器的开关状态进行最佳限制,以获得转矩的高动态性能。干脆转矩限制技术的诞生与发展3 干脆干脆转转矩限制矩限制1、异步电动机的电磁转矩模型 在DSC中,接受空间矢量的数学分析方法,在电机的定子坐标系上描述异步电动机,这使问题变得特殊简洁、清晰。由此构成的转矩观测模型。以定子磁链矢量为基准的优越性是,在定子坐标系中计算定子磁链,受电机参数影响最小(只受定子电阻的影响),而且定子电流可以干脆测取。3 干脆干脆转转矩限制矩限制2、异步电动机的磁链模型异步电动机的定子磁链可以依据下式来确定:优
5、点:在计算过程唯一用到的参数是定子电阻。而定子电流和端电压都是简洁确定的物理量,能以满足的精度被检测出来。计算出定子磁链后,再带入转矩模型,就可以计算出电动机的转矩。3 干脆干脆转转矩限制矩限制 由磁链模型可知,用两个积分器便可计算电机磁链,但实现起来存在下列问题:(1)积分器存在漂移,为抑制漂移需引入反馈通道,反馈通道使输出信号幅值和相移减小,随电机转速和频率的降低,积分器误差增大。(2)随电机转速和频率的降低,端电压模值减小,由定子压降项补偿不精确带来的误差就越大。(3)电机不转时,端电压为0,无法通过上式进行磁链,也无法建立初始磁链。借助于电机的电流模型可以解决上述问题。3 干脆干脆转转
6、矩限制矩限制电压模型:电流模型:两个模型必需协作运用,高速时用电压模型,低速时用电流模型。电流模型用定子电流计算磁链,但精度与转速有关,也受电机参数,特殊是转子时间常数的影响,在高速时不如电压模型。3 干脆干脆转转矩限制矩限制 电压模型和电流模型进行快速平滑切换的困难仍未得到解决,取而代之的是在全速范围内都好用的高精度磁链模型,称为u-n模型,也叫电动机模型。u-n模型由定子电压和转速来获得定子磁链。它综合了电压模型和电流模型的特点。3 干脆干脆转转矩限制矩限制逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程 一台电压性逆变器如图,由三组六个开关组成,一组桥臂上下开关反向,即一个接通一个断开,所以三组开
7、关有8种开关组合。若规定ABC三相负载的某一相与“+”接通时,该相开关状态为“1”,反之,与“-”接通时,为“0”态。则八种可能的开关状态如表。3 干脆干脆转转矩限制矩限制逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程3 干脆干脆转转矩限制矩限制逆变器的八种开关状态和逆变器的电压方程3 干脆干脆转转矩限制矩限制电压空间矢量与磁链空间矢量的关系电压空间矢量与磁链空间矢量的关系定子磁链与定子电压之间的关系为:若忽视定子电阻压降的影响,则 表明定子磁链空间矢量与定子电压空间矢量之间为积分关系。3 干脆干脆转转矩限制矩限制 磁链空间矢量的顶点会依据与电压空间矢量相平行的方向,沿矢量轨迹运动。定子电阻压降比端电
8、压足够小,那么这种平行就能得到很好的近似。在适当的时刻依次给出定子电压空间矢量电压空间矢量与磁链空间矢量的关系电压空间矢量与磁链空间矢量的关系3 干脆干脆转转矩限制矩限制电压空间矢量对电动机转矩的影响电压空间矢量对电动机转矩的影响转矩=定子磁势气隙磁势 通过电压空间矢量来限制定子磁链的旋转速度,从而变更定、转子磁链矢量之间的夹角,达到限制电动机转矩的目的。假如在某一时刻,加入零电压空间矢量,则定子磁链空间矢量保持静止不动,而转子磁链空间矢量接着以同步速度旋转,则磁通角减小,从而转矩减小。3 干脆干脆转转矩限制矩限制电压空间矢量的正确选择电压空间矢量的正确选择 正确选择电压可以形成六边形磁链。所
9、谓正确选择,包括两个含义:一是电压空间矢量依次的选择;二是各电压空间矢量给出时刻的选择。区段S1分别向三相坐标系三轴投影,得到该区段内三个磁链重量。其中,在整个区段内,保持正的最大值,从负的最大值变到0,从零变到负的最大值。C123456S1S2S3S4S5S6AB电压空间矢量的正确选择电压空间矢量的正确选择 施密特触发器的容差为 ,作为磁链给定值,通过三个施密发器用磁链给定值分别与三个磁链重量进行比较。当 上升到正的磁链给定时,施密特触发器输出低电平,为低电平。反之,输出高电平。得到磁链开关信号 的时序图,同理可以得到 时序图。磁链开关信号可以很便利地构成电压开关信号,其关系为:电压空间矢量
10、的正确选择电压空间矢量的正确选择电压空间矢量的正确选择电压空间矢量的正确选择 由以上分析得到了电压开关状态依次的正确选择。所得电压开关状态的依次是011-001-101-100-110-010,正好对应于六边形磁链的六个区段:S1-S2-S3-S4-S5-S6。换句话说,按依次依次给出电压空间矢量 就可以得到按逆时针旋转的正六边形磁链轨迹。同时解决了所选用空间矢量给出时刻的问题。这个时刻就是磁链重量达到磁链给定值的时刻。电压空间矢量的正确选择电压空间矢量的正确选择 前面我们阐述了干脆转矩限制系统的基本概念、基本限制原理。所谓“干脆转矩限制”,其本质是:在异步电动机定子坐标系中,接受空间矢量的数
11、学分析方法,干脆计算和限制电动机的电磁转矩。3 干脆干脆转转矩限制矩限制 一台电压型逆变器处于某一工作状态时,定子磁链轨迹沿着该状态所对应的定子电压矢量方向运动,速度正比于电压矢量的幅值。利用磁链的棒棒限制切换电压矢量工作状态可使磁链轨迹依据六边形运动。假如要变更定子磁链矢量的旋转速,可引入零电压矢量。在两状态下,电压矢量等于0,磁链停止旋转不同。利用转矩的棒棒限制交替运用工作状态和零状态,使磁链走走停停,从而变更磁链个平均旋转速度的大小,也就变更了磁通角的大小,达到限制电动机转矩的目的。转矩、磁链闭环限制所须要的反馈限制量由电动机定子侧转矩、磁链观测模型计算给出。3 干脆干脆转转矩限制矩限制
12、2/312/32/3UTIMAZSAMMUCTDMCAMCTQ3 干脆干脆转转矩限制矩限制1、干脆转矩限制的基本结构DMC:磁链自限制单元。输入量是定子磁链在 三相坐标系上的三相重量。其参考信号是磁链给定值。通过三个施密特触发器得到磁链开关信号,再经过关系转换、反向后变成电压状态信号干脆去限制逆变器UI,输出相应的电压空间矢量。3 干脆干脆转转矩限制矩限制UCT:坐标变换单元。输入量是定子磁链在 坐标系上的重量。输出是三个 磁链重量。(2S/3S)123456S1S2S3S4S5S6AB3 干脆干脆转转矩限制矩限制AMM:磁链模型单元。输入量是定子电动势在 坐标系上的分量,输出量为磁链在 坐标
13、系上的分量。3 干脆干脆转转矩限制矩限制AZS:零状态选择单元。转矩调节器ATR的输出信号TQ控制开关S接通零状态选择单元AZS提供的零电压信号,把零电压加到电动机上,使定子磁链停止不动,磁通角减小,转矩减小。3 干脆干脆转转矩限制矩限制AMC:转矩计算单元。输入量为AMM的输出量 以及被测量3 干脆干脆转转矩限制矩限制2、弱磁过程中的转矩特性 假如变更磁链给定值的大小,就可以随意调整电动机定子磁链的幅值,达到弱磁调速的目的。在弱磁时,依据转矩公式,磁链减小,转矩要减小。如何在弱磁过程中加大转矩保持弱磁过程中的高动态转矩特性?3 干脆干脆转转矩限制矩限制 在“磁链自限制”中接受减小给定值的方法
14、就能自动做到这一点。具体分析:弱磁前,磁链给定值为 ,定子磁链与转子磁链以相同的平均角速度沿正六边形轨迹逆时针旋转。假如在t1时刻,把磁链给定值减小到 ,则逆变器的开关状态在t1时刻应当这样变更,即使得定子磁链空间矢量的顶点由 点干脆向P点移动。此时由于转子不干脆受切换的影响,因此仍保持其原正六边形的运动轨迹。定子磁链从t1时刻起先由 拐点干脆向P点运动。从 到P点之间的距离比起转子磁链从t1时刻沿原六边形的边运动到P点之间的距离缩短了 距离。因此定子磁链比起转子磁链较早达到P点。这就意味着定子磁链和转子磁链之间建立了一个角度的增量。相应转矩增大,达到了弱磁中增大转矩的目的。3 干脆干脆转转矩
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