同步电机交流感应无刷励磁矢量控制的研究

王继恒

摘要：随着现代控制技术的快速发展，励磁系统的运用与实践迎来了前所未有的重大发展机遇，如何通过科学合理的方法与策略，全面优化提升同步电机交流感应无刷励磁矢量控制效果，备受业内关注。基于此，本文首先介绍了无刷励磁系统，分析了交流感应励磁机的矢量控制原理，并结合相关实践经验，分别从矢量控制的仿真以及硬件和软件设计等多个角度与方面，探讨了同步电机交流感应无刷励磁矢量控制问题，阐述了个人对此的几点浅见。

关键词：同步电机;交流感应无刷励磁;矢量控制;方法研究

引言：

励磁系统是同步电机运行控制的核心部件，对于保证系统控制的稳定性与可靠性等方面发挥着直接作用。当前形势下，技术人员有必要立足励磁系统实际，灵活运用多样化的方法与策略，全面优化提升同步电机交流感应无刷励磁矢量控制的整体效果。本文就此展开了探讨。

1无刷励磁系统简述

无刷励磁采用的交流励磁机实质是一台电枢旋转的同步发电机。近年来，国家相关部门高度重视同步电机交流感应无刷励磁技术的应用与创新，在矢量控制规则优化、目标过程强化以及实践运用效果评价等方面制定并实施了一系列具有导向性的技术规范与标准，为新时期交流励磁机的功能优化提升提供了基本遵循与导向，在确保励磁系统强励能力等领域取得了令人瞩目的现实成就，大大促进了其系统整体性的稳定提升。同时，相关技术人员同样在创新同步电机交流感应无刷励磁矢量控制模式等方面进行了大量卓有成效的研究与探索，确保了交流励磁电机输出的连续性，构建形成了以特定控制环境为主要面向对象，以非线性惯性环节为载体的矢量控制体系。尽管如此，受交流感应励磁机硬件性能等方面要素影响，当前其矢量控制依旧存在诸多短板，不利于实现对转子绕组电流的动态化检测，需要给予高度重视。上述背景下，深入探讨同步电机交流感应无刷矢量控制的相关路径方法，具有极为深刻的现实意义。

2交流感应励磁机的矢量控制原理

2.1交流感应励磁机的数学模型

在当前技术条件下，交流励磁机的数学模型具有多变性、非线性等显著特征，同时是一个相对完善的系统。在该模型中，为了使其能够更加清晰直观，可在一定范围内忽略空间谐波的影响以及定转子齿槽的影响等，使交流感应励磁机的基本方程更具完善性，明确各个变量之间的关系。在确定相应的物理量之后，可先后设定磁链方程和电压方程，以分别对全磁链和电压平衡等进行标识。在此基础上，进行坐标转换，确保变化前后各项功率系数的原始状态。

2.2励磁机转子磁场定向的矢量控制原理

为了能够使同步旋转坐标系更具标示价值，可根据相关控制原理选择相应的轴系，对励磁机转子磁场定向的矢量控制予以建模，根据周磁链变化率的相关状况，对电压方程与励磁方程进行关联，得到整流桥负载等技术参数。在此基础上，根据整流桥输出的复杂特性，将整流桥负载用一个等效的非线性电阻进行代换，得出定子电流和转子转速的关系，并将其作为调整优化电机矢量控制的基础参考与依据。

2.3勵磁机定子磁场定向的矢量控制原理

若提前设定励磁机定子磁场方向，则可对按定子磁链定向的同步旋转正交坐标系进行设定，以强化其矢量控制效果。现代控制技术理念的快速发展与实践运用，为励磁机定子磁场定向矢量控制提供了更为灵活的控制工具与载体，使得传统矢量控制条件下难以完成的转子时间常数等变量分析任务更具实现可能，因此技术人员可通过运用软件系统平台将电流的直接控制效果进行观测，以更好地对磁链进行矢量控制。

3同步电机交流感应无刷励磁矢量控制研究

3.1交流感应励磁系统的矢量控制方法

由于磁链信息具有可观测性及可控制性等特征，这使得交流感应励磁矢量控制技术能够顺利有序地在实践中运用，但需提前确定磁场的具体状态，并对其大小和方向等技术状态进行校验掌握。因此，可围绕定转子磁链状态，建立相应的磁链观测模型，运用多种不同的电压和电流计算方法对矢量控制状态进行模拟，并通过变换坐标系的方式，得到磁链的计算方程式。在此基础上，可对矢量控制的模型方法进行改进优化，使电势大小和电阻压降等出现相应变化，解决纯积分环节的疑难问题，形成基于磁链初始值为基础的动态收敛过程，对其收敛性进行监测。此外，通过运用励磁电流对主机的励磁电流进行检测分析，合理降低检测装置的复杂性。

3.2交流变频感应励磁系统矢量控制的仿真

一方面，要建立矢量控制励磁系统仿真模型，并根据相关模块化理论将模型细化分解为主电路模块、交流励磁机和旋转整流器模块、电压和电流测量模块、磁链控制模块和电流调节模块、主控制模块等。上述不同的构成模块在执行标准、构造过程以及效果预测等方面存在显著差异，应根据交流变频感应励磁系统矢量控制的基本需求予以设定。另一方面，要在特定标准环境下对控制系统进行仿真分析，选取不同技术参数用一个电阻和电感来模拟同步电动机的励磁绕组，生成相应的仿真结果图，得到基于定子电流和定子电压的相关数据。

3.3变频励磁控制器的硬件和软件设计

根据变频励磁控制器的硬件环境条件，可将控制系统分为主控部分、AD控制单元、通信模块、开关量输出模块、键盘处理模块等部分，然后针对这些不同的硬件构成部分进行硬件设计。以其中的主电路设计为例，需要有效衔接整理电路、滤波电路和功率逆变电路等构成部分之间的关联，实现过压保护等作用，并防止浪涌电流幅值过大而导致的非必要冲突等问题。在软件设计方面，应围绕其目标系统要求，完成电流和电压数据采集、信号优化与控制、电流或电压故障处理等功能。在软件系统中，还应有序衔接变量初始化、系统初始化、中断初始化等环节之间的关系，在参数离线辨识程序的作用下，执行系统命令。

3.4无刷励磁系统的实验研究

建立健全完善系统的规则体系，为无刷励磁系统的实验控制提供基础性依据与参考，制定相应的实验研究方案，确保实验平台能够始终保持稳定有序状态。搭建基于同步电机交流感应基本原理的实验系统平台，将相对复杂抽象的实验过程清晰直观地展现出来，实现对励磁电流的精准测量，并对相关实验数据进行全面记录，绘制形成相应的分析图表。选择具有代表性的技术参数，对无刷励磁系统的实验数据进行建模分析，构建形成具有层次性的评价体系，精准评价分析无刷励磁系统的整体运行效果，并将最终评价结果作为调整与改进矢量控制模式的重要依据与参考。

4结语

综上所述，受传统励磁系统控制理念等方面要素影响，当前同步电机交流感应无刷励磁矢量控制实践中依旧存在诸多短板，不利于实现系统各项技术参数的稳定提升。因此，技术人员应从励磁系统的客观实际出发，创新方式方法，采用多样化方法与策略，提高无刷励磁矢量控制的整体效果，为全面促进其整体运行效能的优化发展贡献力量。

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