高动态响应矢量变频调速系统实现

    1 引言

    高动态响应调速系统是在保证输出转速稳定的基础上，快速响应速度给定量，系统能稳定快速跟随负载变化，从负载变动等外界急剧干扰引起的过渡性速度恢复得快。以前主要采用直流调速系统实现，考虑直流调速系统的功率，维护等方面的原因，尝试采用矢量变频控制技术控制异步电动机来实现高动态响应的调速系统。

    异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线形、强耦合的多变量系统，通过坐标变换可以实现在三相交流电机上模拟直流电机的控制转矩规律[1]。矢量控制是以旋转磁场为准则，建立三相交流绕组电流、两组交流绕组电流和在旋转坐标上的正交绕组直流电流之间的等效关系，来实现定子电流的解耦和系统的降阶以及线形化。

    2 控制策略

    磁链开环转差型矢量控制系统是将采用磁链开环控制，避免转子磁链反馈信号的不准确而对控制精度的影响，磁场定向由磁链和转矩给定信号确定，并不用实际计算转子磁链和相位，而是通过参数辨识和自适应控制来间接磁场定向，而转速的控制仍然是闭环的，这样继承了基于异步电机稳态模型转差频率控制系统的优点，又利用了基于异步电机动态模型的矢量控制规律，在良好的稳定性基础上大大提高了动态性能，如今在参数辨识和自适应控制方面做的比较好的变频器很多，选择合适的类型，控制高性能的异步电机，通过一些参数设置可以实现高动态调速系统。

    根据这一思想基于西门子6se70变频器设计了一个矢量控制调速系统，控制一台60kw1ph7系列异步电机，在空载时实现转速10%阶跃响应时间不大于200ms的动态响应要求，在过渡过程中系统无振荡和超调量不大于2%。

    3 系统组成

    整个调速系统由一台75kw变频器6se7031-5ef60，加上必要的外围硬件组成，能实现系统本地和远程启动、停止、给定和监控等功能。系统选用合适的制动单元、制动电阻用来消耗降速制动时电机回馈的能量，改善降速过程的动态性能。异步电机型号为1ph7184-2hf300bc0，60kw，主要参数为:额定速率为1750r/min，最大转速为5000r/min，基频为59.0hz，额定电流为120.0a，额定电压为388v，转矩为327n.m，功率系数cosφ=0.78。电机自带冷却风机、转速编码器（1024）、温度传感器。

    4 系统调试

    调试前对整个系统进行电气检查，确保所有的电气线路连接正确可靠，所有的热过载保护都合理设置;然后上电检查，确认主回路、辅助控制回路都在正常状态，冷却风机转向正确。先进行简单的参数设置，初步检查整个系统可以正常工作;然后进行专家应用参数设置，这个过程是设置基本功能，并把电机参数输入变频器，由变频器进行自整定，获得电机参数。

    按照6se7031-5ef60说明书要求进行参数设置，组合运用变频器内部的自由功能模块，实现了计算机/手动模拟量给定及计算机/手动给定选择、阶跃给定、给定和反馈量的模拟量输出等功能。

    动态响应的参数调节，调节原则是保证系统的机械特性，获取最小的动态响应时间，对于磁通调节器一般采纳自整定值，防止不适当的修改影响磁通量的给定。

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