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     作者：侯春

    （江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐州機(jī)電分院電氣工程系，江蘇  徐州  221011）

    摘要：基于煤礦的特殊環(huán)境，提出一種新的電機(jī)及其控制方法。以無(wú)刷雙饋電動(dòng)機(jī)的矢量解耦控制為研究對(duì)象，對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩與同步角的關(guān)系進(jìn)行分析，并在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型。仿真結(jié)果表明，當(dāng)電機(jī)采用基于同步角的矢量解耦控制以后，電機(jī)響應(yīng)的快速性和電機(jī)運(yùn)行的平滑性得到了很大的改善。

    關(guān)鍵詞：無(wú)刷雙饋電機(jī)；同步角；矢量解耦控制

    中圖分類號(hào)：TP391.9：TM34    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

    0  引言

    直流電動(dòng)機(jī)由于有換向器和電刷，在煤礦的特殊環(huán)境下不適合使用。交流異步電動(dòng)機(jī)是目前煤礦井下最常見(jiàn)的動(dòng)力設(shè)備，也是煤礦井下運(yùn)行的電氣設(shè)備中最容易出現(xiàn)故障的，據(jù)統(tǒng)計(jì)其故障發(fā)生率約為50%左右，目前大多數(shù)需采用額外的電機(jī)保護(hù)以保障煤礦的安全。因此，一種適合煤礦環(huán)境的新電機(jī)和新控制方法是目前非常值得研究的課題。

    無(wú)刷雙饋電機(jī)的矢量解耦控制采用同步坐標(biāo)下的雙同步速模型，該模型不考慮定子繞組的電阻、磁路飽和對(duì)其的影響，把轉(zhuǎn)子電流看成由功率繞組和控制繞組的電磁耦合作用產(chǎn)生的，這樣就可以比照三相異步電動(dòng)機(jī)的矢量解耦控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)的矢量解耦控制。

    1  基于同步角的矢量解耦控制

    圖l為一無(wú)刷雙饋電機(jī)在轉(zhuǎn)速700 r/min時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩與同步角之間的函數(shù)關(guān)系。由圖1可知，可以通過(guò)控制同步角來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)的矢量解耦控制。在不同速度下，所得到的電磁轉(zhuǎn)矩與同步角之間的關(guān)系基本相同。

    同步角的給定值θpce*為給定速度ωr*與實(shí)際速度ωr之差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出的值，根據(jù)同步角為同步坐標(biāo)系中控制繞組子系統(tǒng)與功率繞組子系統(tǒng)的夾角這一定義，由θpce*就可以求得控制繞組電壓相位角θc：

    其中：θr為轉(zhuǎn)子角度，可以用位置傳感器測(cè)量；θp為功率繞組電壓相位角。θρ可以通過(guò)下式來(lái)計(jì)算：

    其中：up、Up分別為功率繞組電壓的瞬時(shí)值和有效值。

    2  基于MATLAB/Simulink的仿真模型構(gòu)造及仿真結(jié)果分析

    在MATLAB/Simulink中，建立無(wú)刷雙饋電機(jī)基于同步角的矢量解耦控制仿真模型。應(yīng)用無(wú)刷雙饋電機(jī)矢量解耦控制的基于同步角變化的解耦控制算法（見(jiàn)圖2），對(duì)一臺(tái)無(wú)刷雙饋電機(jī)進(jìn)行基于同步角的矢量控制仿真。

    基于同步角的矢量解耦控制是利用同步角θpce來(lái)控制控制繞組的電流以達(dá)到控制無(wú)刷雙饋電機(jī)的目的。其仿真結(jié)果如圖3、圖4所示。

    圖3為無(wú)刷雙饋電機(jī)基于同步角的矢量解耦控制的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形。圖4為無(wú)刷雙饋電機(jī)基于同步角的開(kāi)環(huán)控制的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波形。圖3～圖4中，0～2 s為電機(jī)異步啟動(dòng)及單饋運(yùn)行狀態(tài)；2 s～4 s為電機(jī)工作在自然同步狀態(tài)，在3s時(shí)電機(jī)突加負(fù)載；4 s～6 s為電機(jī)工作在雙饋狀態(tài)，其中4 s～5 s電機(jī)工作在超同步狀態(tài)，5 s～6 s電機(jī)工作在亞同步狀態(tài)。從圖3、圖4中可以看出當(dāng)電機(jī)采用基于同步角的矢量解耦控制以后，電機(jī)響應(yīng)的快速性和電機(jī)運(yùn)行的平滑性得到了很大的改善。

    3  總結(jié)

    本文通過(guò)MATLAB/Simulink建立無(wú)刷雙饋電機(jī)的仿真模型，得到了基于同步角的礦用無(wú)刷雙饋電機(jī)矢量解耦控制仿真模型，分析了其仿真結(jié)果并與開(kāi)環(huán)控制結(jié)果做了比較，證明了當(dāng)電機(jī)采用矢量解耦控制以后，電機(jī)的運(yùn)行特性有了顯著的改善。

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  Simulation of Decoupled Vector Control Based on Synchronous Angle for Brushless Doubly-fed Machine HOU Chun

(Department of Electrical Engineering, Jiangsu Union Technical Institute Xuzhou Electrical Branch, Xuzhou 221011, China)

Abstract: Based on the special environment of coal mine, this paper presents a new motor and control method.  The vector decoupling brushless doubly-fed machine is taken as the research object, through the analysis of the relationship between the electromagnetic torque and synchronous angle, the simulation model of the motor control system is built in MATLAB/Simulink. The simulation re-sults show that the response speed and stability of the motor based on the synchronous angle vector decoupling control has been greatly improved.

Key words: brushless doubly-fed machine; synchronous angle; decoupled vector control