绕线式异步电动机双馈调速如何实现预励磁

Question

绕线式异步电动机双馈调速如何实现预励磁？
鼠笼电机实现预励磁的相关研究比较多，就是坐标变换的角度和转矩电流那边给零一段时间。
但是绕线式异步电动机双馈调速是在转子侧控制，此时鼠笼电机的那种方式不在适用了。这个时候应该如何改进来实现预励磁的控制呢？
#电机控制#异步电机

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

在绕线式异步电动机（Wound-Rotor Induction Motor, WRIM）的双馈调速系统中，预励磁是指通过外部电源向转子绕组提供额外的励磁电流，以改变电机的气隙磁场，进而影响电机的转速和电磁转矩。与鼠笼电机不同，绕线式电机的转子绕组是可接入外部电源进行独立控制的。为了实现预励磁，你需要在转子电路中加入一个可控的电源，通常是一个直流电源或逆变器，然后通过精确控制这个电源的电压和频率来调整转子绕组中的电流。

以下是一种基本的预励磁控制策略：

1. 硬件配置:

   • 电机：绕线式异步电动机。
   • 转子侧设备：一个独立的直流电源（例如，电池、超级电容）或逆变器，用于为转子绕组供电。
   • 控制器：PLC、微控制器或嵌入式计算机，负责计算控制信号并驱动逆变器或调节直流电源。

2. 控制系统设计:

   • 传感器：需要安装速度传感器（如编码器）测量电机的实际转速。
   • 控制算法：采用PI（比例-积分）或PID（比例-积分-微分）控制器，根据参考速度和实际速度的偏差来计算转子侧的励磁电流指令。
   • 转子侧电流控制：基于上述电流指令，逆变器将直流电压转换为交流电压，供给转子绕组。这可以通过空间矢量调制（Space Vector Modulation, SVM）、正弦波脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation, SPWM）等方式实现。

3. 预励磁过程:

   • 在启动时，可以先保持转子励磁电流为零，让定子侧的三相交流电源驱动电机启动到一定的速度。
   • 当电机达到一定速度后，开始逐渐增加转子励磁电流，以实现预励磁。通过调整这个过程的速度，你可以控制预励磁的效果。
   • 在整个过程中，要确保电机的稳定运行，并且防止过励磁导致的温升过高。

这里是一个简化版的伪代码示例，展示了如何使用PID控制器计算转子侧励磁电流：

import numpy as np

# PID控制器参数
Kp = 0.5
Ki = 0.1
Kd = 0.01
integral_term = 0
last_error = 0

def pid_controller(reference_speed, actual_speed):
    error = reference_speed - actual_speed
    integral_term += error
    derivative_term = (error - last_error) / dt  # 假设dt是时间步长
    output = Kp * error + Ki * integral_term + Kd * derivative_term
    last_error = error
    return output

# 示例：设置参考速度和电机初始状态
reference_speed = 1000  # 额定转速单位rpm
motor_initial_speed = 500  # 假设电机已启动至一定速度
motor_speed = motor_initial_speed

# 开始预励磁过程
while True:
    current_speed = get_actual_speed()  # 获取实时速度
    if current_speed >= reference_speed:
        break  # 达到目标速度，结束预励磁

    # 计算转子励磁电流指令
    d-axis_current_command = pid_controller(reference_speed, current_speed)
    
    # 根据指令驱动逆变器或调节直流电源
    set_d_axis_current(d_axis_current_command)

    # 更新电机状态
    motor_speed = current_speed

注意，这只是一个简化的例子，实际应用中可能需要更复杂的控制策略，包括考虑电机模型、电机参数补偿、故障检测等。此外，具体的控制算法实现可能会依赖于特定的硬件平台和编程环境，例如MATLAB/Simulink、Python/PyTorch等。如果你需要完整的代码实现，可能需要进一步的研究和调试工作。