电机及控制技术论文集
电机的直接转矩控制(DTC)是在矢量控制发展日渐成熟之后兴起的另一种高性能交流调速技术。下面小编给大家分享一些电机及控制技术论文集，大家快来跟小编一起欣赏吧。
电机及控制技术论文篇一
本文基于SVM的直接转矩控制理论，以永磁同步电机数学模型为参考模型，以电机转速为可调参数建立参考模型，满足波波夫超稳定性定理构建合适的自适应率，实现了采用模型参考自适应法来进行永磁同步电机无速度传感器调速控制的方案。在Matlab-Simulink软件环境下搭建系统的仿真图并进行仿真和分析，结果验证了该方案的可行性。
【关键词】SVM直接转矩控制 无速度传感器 MRAS(模型参考自适应)
永磁同步电机(PMSM)的体积小、噪声低、效率高、功率密度较大，在电力电子技术与现代控制理论迅速发展的大环境下，这些优点使PMSM渐渐得到了广泛的应用。永磁同步电机的直接转矩控制(DTC)是在矢量控制发展日渐成熟之后兴起的另一种高性能交流调速技术。由于拥有控制结构简洁、动态响应较快、对电机参数依赖较少等特点，直接转矩控制已成为学术界研究的热点。
在现代交流调速系统领域中，速度传感器由于存在降低系统可靠性，增加系统成本等问题，已经大大制约了交流传动系统的发展，所以采用无速度传感器的调速方案是当今国内外研究的趋势。
永磁同步电机无速度传感器的研究方法主要有基于磁链位置的估算法、基于反电动势法、滑膜观测器法、扩展卡尔曼滤波法、高频注入法、人工智能估算法、模型参考自适应法(MRAS)。因为模型参考自适应法具有控制相对简单而且精度高的优点，所以本文将模型参考自适应法应用到永磁同步电机调速系统当中。将永磁同步电机本身作为参考模型，将含有转子转速的模型作为可调模型，采用并联型结构进行速度辨识，两个模型的输出量物理意义相同。利用可调和参考模型输出量所构成的误差，计算出合适的比例积分自适应率，并以此来调整可调模型的参数，满足Popov超稳定性定理，使系统逐渐稳定，最终使可调模型的状态能稳定、快速地逼近参考模型，即让误差值趋近于零，进而使转速估计值逐渐逼近实际值，实现转速的识别。
1 永磁同步电机数学模型
建立dq坐标系下的数学模型，可以得到定子电压、电流均为直流的永磁同步电动机的电压方程式，利于分析永磁同步电动机控制系统的瞬态性能和稳态性能。d轴作为基波磁场方向，q轴的位置则是在d轴方向上顺时针超前90°。
其中，R为定子电阻;ud、uq为电机的定子电压在d、q轴上的分量;id、iq为定子电流在d、q轴上的分量;ψd、ψq为定子磁链在d、q轴上的分量;Ld、Lq分别为直轴和交轴同步电感;ωr为转子旋转角速度;ψf为转子永磁体磁链;Pn为电机极对数;p为微分算子。
2 SVM-DTC
永磁同步电机直接转矩控制的基本思想是在电机运行时，转子磁链的数值基本恒定，保持定子磁链幅值稳定在额定值上，通过改变转子和定子磁链夹角的大小来改变电机转矩的大小，进而进行达到调速的目的。
永磁同步电机调速系统中，传统的直接转矩控制系统使用的是滞环控制器和开关表，在一个周期内选择和发出单一的空间电压矢量来同时控制定子磁链和转矩的误差方向，这样很难完全补偿当前定子磁链和转矩的误差，会使定子磁链和转矩的脉动过大。同时，在系统运行过程中，如果两个置换控制器的输出信号和定子磁链位置信号在多个采样周期内保持不变，则逆变器的开关状态会在多个采样周期内保持同一个值，使得系统的开关频率不恒定。空间电压矢量调制(SVM)系统采用SVM单元来取代传统DTC系统的开关表，并用PI调节器来代替传统DTC系统的滞环环节。在每个控制周期内该系统都能计算出磁链和转矩的误差，然后选择相邻的非零矢量和零矢量，计算出各矢量的作用时间，最后利用线性组合的方式合成任意方向的空间电压矢量，这样就大大增加了对电压矢量的选择机会，更精确的补偿了磁链和转矩的误差，降低了电机磁链和转矩的脉动，输出的PWM波形会保证逆变器开关频率恒定，图1为SVM-DTC系统结构图。
3 模型参考自适应系统
4 仿真与试验结果
用Matlab-Simulink软件构建总体系统的仿真图，如图2所示。
本系统仿真采用的参数设置为：定子电阻为0.81Ω;绕组电感为2.59mH;极对数为4;给定定子磁链为0.1827Wb。
接下来设置参数为给定转矩2N・m，给定初始速度为800r/min，在0.06s时将转速提高到1000r/min，在0.13s时将转速变为-200r/min，通过图3-图5观察估算速度的跟踪情况。
图3为定子磁链圆轨迹图，定子磁链轨迹近似为圆且扰动很小，运行良好;图4为电机转矩图，当速度在0.06s和0.13s突变时，转矩的波动比较大，但是在很短的时间里就能够平稳达到稳态，说明系统对外界的干扰有较好的鲁棒性;图5为电机转速图，估计转速在速度突变时有很小的波动，在很短的时间内又会平滑的跟踪到参考转速，达到新的稳态，表明系统的动态响应较快，调速性能良好。
5 结语
本文采用SVM-DTC对永磁同步电动机进行调速，对传统的直接转矩控制进行了改进，同时采用了基于模型参考自适应法对电机转速进行辨识，并通过理论分析和仿真验证得出，该系统鲁棒性强，动态响应较快，具有良好的调速性能。该方案结构比较简洁，可行性较强，可为永磁同步电机的无速度调速控制提供参考。
参考文献
[1]李永东，朱昊.永磁同步电机无速度传感器控制综述[J].电气传动，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]韩如成，潘峰，智泽英.直接转矩控制理论及应用[M].北京：电子工业出版社，2012.9.
[5]田淳，胡育文.永磁同步电动机直接转矩控制系统理论及控制方案的研究[J].电工技术学报，2002，17(1)：7-11，
[6]周亚丽，李永东，郑泽东.基于MRAS的感应电机无速度传感器矢量控制[J].电气传动，2009，39(4)：3-8.
作者单位
沈阳工业大学 辽宁省沈阳市 110870
电机及控制技术论文篇二
电机控制电路的故障检修及技术分析
【摘 要】电机控制线路复杂多样，当出现一定的故障时，需要技术性较强，工艺师凭精湛的中高级电工进行快速的故障检修。此外，找出控制线路的故障点并准确排除故障也是中高级电工证技能考试的重要考点之一。本文主要介绍故障排除方法和步骤及相关技术分析，力求准确找出故障点并排除迅速电机线路故障。
【关键词】控制线路;故障检修;技术分析
电机控制线路的故障检修是 一个考验电工动手能力的项目，也是全国各大电工电气类职业技术学院 和其他相关高等院校中有关机车车辆、高速动车驾驶与维修等专业学员的必修课。此外它还是中高级电工职业证件考核的重要考点之一。本文结合多年的电工教学培训和考核所大量积累的经验，对在控制线路中出现的各种问题进行技术分析并对各种故障对应的维修技巧进行简单实用的介绍。
1.电机控制线路的常见故障起因
电机控制线路故障的常见起因很多，通常分人为原因和自然原因两种，人为原因就是由于人的疏忽大意或盲目，是控制线路中某些节点接错、接反、多借或者少接，又是人为的布线错误或者随意更换其中的某些元件，查故障时没有找出真正的原因而更换错误元件或者损掉坏原有线路。自然原因是运动时震动、过载金属屑、油污入侵等等。
2.电机控制线路的几种常见故障
2.1因人为失误导致相关连接点的一系列错误
由于电机控制线路庞大混乱有十分复杂，非常容易将相关接点弄混，例如将控制线路中的FR 接点与人为地与KM自锁装置或者 SM1接触触点相混接，第一种情况当电机启动后无法连续转动，而是瞬间启动瞬间停止，除非一直按动开启按钮，第二种情况则根本无法启动电机[1]。其他人为的情况入住线路与控制线路中某结点反接或者错接，都会导致无法控制电机启动或者直接烧毁控制电路，使电机不能正常运转。
2.2电机长期受震动影响或者过载导致控制线路断接
电机长时间运转，内部的振动会对电机产生一系列不良影响，例如震动过久时就会使一些原本内部控制线路接线中不牢固的接点或者细小部位的螺丝发生松动或脱落，如果是使用已久的电机，则其老化线圈最容易断裂，导致故障。除此之外，过载工作电流超过额定电流，工作电压超电机或者负载所能承受的最大电压值，都会导致直接烧坏内部电路。由于过载和震动导致的控制线路电路故障十分常见，只要稍不留意就会使电机内部发生损毁。
2.3金属细屑油污入侵堵塞控制线路
此类问题常见于年久的电机，很多电机外部有防护的机壳很难拿下，而散热口有很小，长时间工作和运行内部的锈迹及其他由于摩擦而导致的金属细屑进入电机运转部位或控制部位堵塞电机控制线路正常控制功能，而油污入侵也是同样的道理，长时间堆积的油污得不到清理而影响到控制电路的正常控制功能，从而使电机发生故障[2]。
3.电机故障的相应检修方法及故障分析排查技术
3.1人为连接错误的排查技术分析
排查人为控制线路连接错误必须按一定的顺序进行，即：先主后控、先主后支、先表后内三个顺序。在检查时一定要先保证电机主电路的正常与安全，只有主电路正常才能检查控制电路。此外还要以主线为主支，然后从主支检查分支。从可理清头绪的一边起，到逐渐深入如理清各个支路，这就三先三后的技巧。这样的检查逻辑严谨缜密，一般不会出现错误连接的情况。此外还可以由故障现象而从故障原理图入手对主电路和控制电路进行分析，找到故障发生回路或者故障发生元件。还有用电阻测量法对控制电路进行检查，在用电阻测量法检查电路的过程中如果发现某一测量电阻值数值不对，则根据电气控制电路原理图沿着对应接线线路去查找故障点，直至找到故障并排除为止。这种检查方法不仅能快速地按照控制原理图所布置线路检查所连接电路是否正确而且还可以通过实际的通电试验来证明上述检查方法的正确性，因此它是快捷实用的方法。总之，不论用什么方法都应该记住要根据故障点不同采用不同的故障分析方法来具分析。
3.2电机震动和过载的处理办法
要在电机中或者电机控制线路周围添加必要的防震机构或采取防震措施，尽量减少电机不良振动所带来的一系列消极影响。在使用电机时应严格按照规定使用，不得超过说明中规定的最大电压值和电压值。最佳运行状态是在额定电流值和额定电压值附近。此外此过载时电机的异常工作状况也会提醒人电机处于超负荷状态。还可以用一系列办法来检验电机是否承受过在电压，如电压测量法、电阻测量法、部分短接法、校对法、进行局部空载检验等等[3]。
3.3金属细屑油污入侵与老化电机控制线路保护
在一些老化的机器中，极易容易出现由于金属细屑和油污的侵入而使控制线路失灵而出现一系列故障，因此定期开启低级保护外壳，及时清理控制新路内部元件扫除内部的金属细屑和油污就显得十分重要。对于老化的线路应及时清理，不过一定要注意以下几点：对于老化的线圈必须立即更换，对于松动的螺丝应及时予以拧紧，此外还有对于一些不易被立刻清扫出的金属细屑和油渍污垢，可以考虑将电机外壳进行拆卸将内部控制电路部分进行取出清理，然后再在进行正确的归位安装。
4.结束语
总之，常用工业用或民用电机的控制线路维修技术看似简单，但要使每个此类专业的学生或技术工人能够快速和熟练的掌握控制线路维修接线和故障的排除技能，却是非常困难的事。但只要循序渐进、精讲巧练，合理衔接，就能做到步步有所提升。控制线路线路虽复杂、深奥，但笔者相信，通过上述分析故障原因以及用各种方法对控制线路进行检修的方法技术的讲解，相信会对经常接触电气线路检修的工作者及参加电工考核的同志有一定的帮助作用。 [科]
【参考文献】
[1]刘光源，宋林香.维修电工生产实习[M].北京：中国劳动出版社，2012.
[2]康晓阳.电动机控制线路维修方法与技巧[J].科技信息，2008(25).
[3]赵朝南，王智，陆开香，等.维修电工电路检修新方法[J].北京科技大学学报，2012，24(4)：463.