電機及控制技術論文集
電機的直接轉矩控制***DTC***是在向量控制發展日漸成熟之後興起的另一種高效能交流調速技術。下面小編給大家分享一些，大家快來跟小編一起欣賞吧。
電機及控制技術論文篇一
本文基於SVM的直接轉矩控制理論，以永磁同步電機數學模型為參考模型，以電機轉速為可調引數建立參考模型，滿足波波夫超穩定性定理構建合適的自適應率，實現了採用模型參考自適應法來進行永磁同步電機無速度感測器調速控制的方案。在Matlab-Simulink軟體環境下搭建系統的模擬圖並進行模擬和分析，結果驗證了該方案的可行性。
【關鍵詞】SVM直接轉矩控制 無速度感測器 MRAS***模型參考自適應***
永磁同步電機***PMSM***的體積小、噪聲低、效率高、功率密度較大，在電力電子技術與現代控制理論迅速發展的大環境下，這些優點使PMSM漸漸得到了廣泛的應用。永磁同步電機的直接轉矩控制***DTC***是在向量控制發展日漸成熟之後興起的另一種高效能交流調速技術。由於擁有控制結構簡潔、動態響應較快、對電機引數依賴較少等特點，直接轉矩控制已成為學術界研究的熱點。
在現代交流調速系統領域中，速度感測器由於存在降低系統可靠性，增加系統成本等問題，已經大大制約了交流傳動系統的發展，所以採用無速度感測器的調速方案是當今國內外研究的趨勢。
永磁同步電機無速度感測器的研究方法主要有基於磁鏈位置的估演算法、基於反電動勢法、滑膜觀測器法、擴充套件卡爾曼濾波法、高頻注入法、人工智慧估演算法、模型參考自適應法***MRAS***。因為模型參考自適應法具有控制相對簡單而且精度高的優點，所以本文將模型參考自適應法應用到永磁同步電機調速系統當中。將永磁同步電機本身作為參考模型，將含有轉子轉速的模型作為可調模型，採用並聯型結構進行速度辨識，兩個模型的輸出量物理意義相同。利用可調和參考模型輸出量所構成的誤差，計算出合適的比例積分自適應率，並以此來調整可調模型的引數，滿足Popov超穩定性定理，使系統逐漸穩定，最終使可調模型的狀態能穩定、快速地逼近參考模型，即讓誤差值趨近於零，進而使轉速估計值逐漸逼近實際值，實現轉速的識別。
1 永磁同步電機數學模型
建立dq座標系下的數學模型，可以得到定子電壓、電流均為直流的永磁同步電動機的電壓方程式，利於分析永磁同步電動機控制系統的瞬態效能和穩態效能。d軸作為基波磁場方向，q軸的位置則是在d軸方向上順時針超前90°。
其中，R為定子電阻;ud、uq為電機的定子電壓在d、q軸上的分量;id、iq為定子電流在d、q軸上的分量;ψd、ψq為定子磁鏈在d、q軸上的分量;Ld、Lq分別為直軸和交軸同步電感;ωr為轉子旋轉角速度;ψf為轉子永磁體磁鏈;Pn為電機極對數;p為微分運算元。
2 SVM-DTC
永磁同步電機直接轉矩控制的基本思想是在電機執行時，轉子磁鏈的數值基本恆定，保持定子磁鏈幅值穩定在額定值上，通過改變轉子和定子磁鏈夾角的大小來改變電機轉矩的大小，進而進行達到調速的目的。
永磁同步電機調速系統中，傳統的直接轉矩控制系統使用的是滯環控制器和開關表，在一個週期內選擇和發出單一的空間電壓向量來同時控制定子磁鏈和轉矩的誤差方向，這樣很難完全補償當前定子磁鏈和轉矩的誤差，會使定子磁鏈和轉矩的脈動過大。同時，在系統執行過程中，如果兩個置換控制器的輸出訊號和定子磁鏈位置訊號在多個取樣週期內保持不變，則逆變器的開關狀態會在多個取樣週期內保持同一個值，使得系統的開關頻率不恆定。空間電壓向量調製***SVM***系統採用SVM單元來取代傳統DTC系統的開關表，並用PI調節器來代替傳統DTC系統的滯環環節。在每個控制週期內該系統都能計算出磁鏈和轉矩的誤差，然後選擇相鄰的非零向量和零向量，計算出各向量的作用時間，最後利用線性組合的方式合成任意方向的空間電壓向量，這樣就大大增加了對電壓向量的選擇機會，更精確的補償了磁鏈和轉矩的誤差，降低了電機磁鏈和轉矩的脈動，輸出的PWM波形會保證逆變器開關頻率恆定，圖1為SVM-DTC系統結構圖。
3 模型參考自適應系統
4 模擬與試驗結果
用Matlab-Simulink軟體構建總體系統的模擬圖，如圖2所示。
本系統模擬採用的引數設定為：定子電阻為0.81Ω;繞組電感為2.59mH;極對數為4;給定定子磁鏈為0.1827Wb。
接下來設定引數為給定轉矩2N・m，給定初始速度為800r/min，在0.06s時將轉速提高到1000r/min，在0.13s時將轉速變為-200r/min，通過圖3-圖5觀察估算速度的跟蹤情況。
圖3為定子磁鏈圓軌跡圖，定子磁鏈軌跡近似為圓且擾動很小，執行良好;圖4為電機轉矩圖，當速度在0.06s和0.13s突變時，轉矩的波動比較大，但是在很短的時間裡就能夠平穩達到穩態，說明系統對外界的干擾有較好的魯棒性;圖5為電機轉速圖，估計轉速在速度突變時有很小的波動，在很短的時間內又會平滑的跟蹤到參考轉速，達到新的穩態，表明系統的動態響應較快，調速效能良好。
5 結語
本文采用SVM-DTC對永磁同步電動機進行調速，對傳統的直接轉矩控制進行了改進，同時採用了基於模型參考自適應法對電機轉速進行辨識，並通過理論分析和模擬驗證得出，該系統魯棒性強，動態響應較快，具有良好的調速效能。該方案結構比較簡潔，可行性較強，可為永磁同步電機的無速度調速控制提供參考。
參考文獻
[1]李永東，朱昊.永磁同步電機無速度感測器控制綜述[J].電氣傳動，2009，39***9***：3-10.
[2]ZhiqianChen，Mutuwo Tomita，Shinji Doki.An extended electromotive force model for sensorless control of interior permanent-magnet synchronous motors[J].IEEE Transactions On Industrial Electronics，2003，50***2***： 288-295.
[3]French C，Acarnley P.Direct Torque Control of Permanent Magnet Drives[J].IEEE Trans.on IA， 1996，32***5***：1080-1088.
[4]韓如成，潘峰，智澤英.直接轉矩控制理論及應用[M].北京：電子工業出版社，2012.9.
[5]田淳，胡育文.永磁同步電動機直接轉矩控制系統理論及控制方案的研究[J].電工技術學報，2002，17***1***：7-11，
[6]周亞麗，李永東，鄭澤東.基於MRAS的感應電機無速度感測器向量控制[J].電氣傳動，2009，39***4***：3-8.
作者單位
瀋陽工業大學 遼寧省瀋陽市 110870
電機及控制技術論文篇二
電機控制電路的故障檢修及技術分析
【摘 要】電機控制線路複雜多樣，當出現一定的故障時，需要技術性較強，工藝師憑精湛的中高階電工進行快速的故障檢修。此外，找出控制線路的故障點並準確排除故障也是中高階電工證技能考試的重要考點之一。本文主要介紹故障排除方法和步驟及相關技術分析，力求準確找出故障點並排除迅速電機線路故障。
【關鍵詞】控制線路;故障檢修;技術分析
電機控制線路的故障檢修是 一個考驗電工動手能力的專案，也是全國各大電工電氣類職業技術學院 和其他相關高等院校中有關機車車輛、高速動車駕駛與維修等專業學員的必修課。此外它還是中高階電工職業證件考核的重要考點之一。本文結合多年的電工教學培訓和考核所大量積累的經驗，對在控制線路中出現的各種問題進行技術分析並對各種故障對應的維修技巧進行簡單實用的介紹。
1.電機控制線路的常見故障起因
電機控制線路故障的常見起因很多，通常分人為原因和自然原因兩種，人為原因就是由於人的疏忽大意或盲目，是控制線路中某些節點接錯、接反、多借或者少接，又是人為的佈線錯誤或者隨意更換其中的某些元件，查故障時沒有找出真正的原因而更換錯誤元件或者損掉壞原有線路。自然原因是運動時震動、過載金屬屑、油汙入侵等等。
2.電機控制線路的幾種常見故障
2.1因人為失誤導致相關連線點的一系列錯誤
由於電機控制線路龐大混亂有十分複雜，非常容易將相關接點弄混，例如將控制線路中的FR 接點與人為地與KM自鎖裝置或者 SM1接觸觸點相混接，第一種情況當電機啟動後無法連續轉動，而是瞬間啟動瞬間停止，除非一直按動開啟按鈕，第二種情況則根本無法啟動電機[1]。其他人為的情況入住線路與控制線路中某結點反接或者錯接，都會導致無法控制電機啟動或者直接燒燬控制電路，使電機不能正常運轉。
2.2電機長期受震動影響或者過載導致控制線路斷接
電機長時間運轉，內部的振動會對電機產生一系列不良影響，例如震動過久時就會使一些原本內部控制線路接線中不牢固的接點或者細小部位的螺絲髮生鬆動或脫落，如果是使用已久的電機，則其老化線圈最容易斷裂，導致故障。除此之外，過載工作電流超過額定電流，工作電壓超電機或者負載所能承受的最大電壓值，都會導致直接燒壞內部電路。由於過載和震動導致的控制線路電路故障十分常見，只要稍不留意就會使電機內部發生損毀。
2.3金屬細屑油汙入侵堵塞控制線路
此類問題常見於年久的電機，很多電機外部有防護的機殼很難拿下，而散熱口有很小，長時間工作和執行內部的鏽跡及其他由於摩擦而導致的金屬細屑進入電機運轉部位或控制部位堵塞電機控制線路正常控制功能，而油汙入侵也是同樣的道理，長時間堆積的油汙得不到清理而影響到控制電路的正常控制功能，從而使電機發生故障[2]。
3.電機故障的相應檢修方法及故障分析排查技術
3.1人為連線錯誤的排查技術分析
排查人為控制線路連線錯誤必須按一定的順序進行，即：先主後控、先主後支、先表後內三個順序。在檢查時一定要先保證電機主電路的正常與安全，只有主電路正常才能檢查控制電路。此外還要以主線為主支，然後從主支檢查分支。從可理清頭緒的一邊起，到逐漸深入如理清各個支路，這就三先三後的技巧。這樣的檢查邏輯嚴謹縝密，一般不會出現錯誤連線的情況。此外還可以由故障現象而從故障原理圖入手對主電路和控制電路進行分析，找到故障發生迴路或者故障發生元件。還有用電阻測量法對控制電路進行檢查，在用電阻測量法檢查電路的過程中如果發現某一測量電阻值數值不對，則根據電氣控制電路原理圖沿著對應接線線路去查詢故障點，直至找到故障並排除為止。這種檢查方法不僅能快速地按照控制原理圖所佈置線路檢查所連線電路是否正確而且還可以通過實際的通電試驗來證明上述檢查方法的正確性，因此它是快捷實用的方法。總之，不論用什麼方法都應該記住要根據故障點不同採用不同的故障分析方法來具分析。
3.2電機震動和過載的處理辦法
要在電機中或者電機控制線路周圍新增必要的防震機構或採取防震措施，儘量減少電機不良振動所帶來的一系列消極影響。在使用電機時應嚴格按照規定使用，不得超過說明中規定的最大電壓值和電壓值。最佳執行狀態是在額定電流值和額定電壓值附近。此外此過載時電機的異常工作狀況也會提醒人電機處於超負荷狀態。還可以用一系列辦法來檢驗電機是否承受過在電壓，如電壓測量法、電阻測量法、部分短接法、校對法、進行區域性空載檢驗等等[3]。
3.3金屬細屑油汙入侵與老化電機控制線路保護
在一些老化的機器中，極易容易出現由於金屬細屑和油汙的侵入而使控制線路失靈而出現一系列故障，因此定期開啟低階保護外殼，及時清理控制新路內部元件掃除內部的金屬細屑和油汙就顯得十分重要。對於老化的線路應及時清理，不過一定要注意以下幾點：對於老化的線圈必須立即更換，對於鬆動的螺絲應及時予以擰緊，此外還有對於一些不易被立刻清掃出的金屬細屑和油漬汙垢，可以考慮將電機外殼進行拆卸將內部控制電路部分進行取出清理，然後再在進行正確的歸位安裝。
4.結束語
總之，常用工業用或民用電機的控制線路維修技術看似簡單，但要使每個此類專業的學生或技術工人能夠快速和熟練的掌握控制線路維修接線和故障的排除技能，卻是非常困難的事。但只要循序漸進、精講巧練，合理銜接，就能做到步步有所提升。控制線路線路雖複雜、深奧，但筆者相信，通過上述分析故障原因以及用各種方法對控制線路進行檢修的方法技術的講解，相信會對經常接觸電氣線路檢修的工作者及參加電工考核的同志有一定的幫助作用。 [科]
【參考文獻】
[1]劉光源，宋林香.維修電工生產實習[M].北京：中國勞動出版社，2012.
[2]康曉陽.電動機控制線路維修方法與技巧[J].科技資訊，2008***25***.
[3]趙朝南，王智，陸開香，等.維修電工電路檢修新方法[J].北京科技大學學報，2012，24***4***：463.