電機模擬系統(tǒng)及其閉環(huán)穩(wěn)定性研究.pdf

1、變頻器作為交流電機的一種驅動裝置，是電力拖動行業(yè)中廣泛使用的一種設備。傳統(tǒng)的變頻器測試平臺結構復雜、能源消耗大、參數(shù)調節(jié)不靈活，不利于變頻器動模試驗的開展。本文提出一種由“待測變頻器＋電機模擬器”構成新型變頻器測試系統(tǒng)，可以替代傳統(tǒng)的交流傳動實驗平臺進行變頻器的性能測試和功率考核試驗。電機模擬器有著與實際電機一致的端口電氣特性，能夠靈活模擬電機在不同負載下的各種運行工況，測試變頻器對電機參數(shù)變化、不同運行工況時的適應性。相較于傳統(tǒng)交流傳

2、動實驗平臺，該方案不含實際電機結構簡單，電機及其機械負載均采用數(shù)字模型易于修改，能靈活測試電機參數(shù)變化、負載變化、異常運行時的變頻器性能。
　　論文首先分析了電機模擬系統(tǒng)的功能及結構，并簡述了系統(tǒng)中各子單元的技術要求。電機模擬系統(tǒng)由待測變頻器、單周采樣單元、電機模型實時仿真器和功率變換器組成。其中，待測變頻器為測試對象、單周采樣單元用于實時檢測電機端口輸入的電壓量，電機模型實時仿真器用于計算電機的實時狀態(tài)量，功率變換器則用于跟蹤電

3、流給定指令，生成實際的端口電流。
　　從電機模擬的角度，建立了三相鼠籠型異步電機的多組狀態(tài)方程，分析了αβ坐標系和dq坐標系下方程的優(yōu)劣性，明確αβ坐標系下方程求解電機模型的實時狀態(tài)量更具優(yōu)勢。此外，系統(tǒng)還二次建模分別采用Adams法和Euler法兩種離散算法對同仿真步長條件下的電機模型進行求解，二步Adams法在只增加少量加法運算情況下較Euler法的計算的準確度更高，且步長穩(wěn)定性更好。功率變換器采用雙三相PWM整流器構造，并根

4、據(jù)其電流特點，在αβ坐標系下設計功率變換器的電流環(huán)PI控制器。
　　針對矢量控制模式時，變頻器和電機模擬器組成的控制系統(tǒng)，其環(huán)路中存在兩個電流環(huán)，這兩個環(huán)路間存在耦合關系，如果匹配不合適，會帶來系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性問題。文中分析了電流閉環(huán)不穩(wěn)定的原因，確定了電機模擬系統(tǒng)中接口單元的設計準則。針對電機模擬系統(tǒng)接口單元引入的延時和有限帶寬所帶來的不穩(wěn)定和不準確問題，在系統(tǒng)中加入電流指令超前校正單元，使得電機模擬器具有比實際電機更高的端口電