4 交—交變頻矢量控制系統(tǒng)原理

　　如圖3所示，主傳動矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)主要包括矢量控制、速度控制、電流控制等環(huán)節(jié)，采用了雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器asr的輸出即轉(zhuǎn)矩給定信號，除以磁通模擬信號，得定子電流轉(zhuǎn)矩分量給定信號，將、按功率因數(shù)要求給定的以及來自位置變換器bq的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)相位角θ等一起輸給矢量運算器，得出定子三相電流給定值、、和勵磁電流。跟隨值iia、iib、iic與給定值、、相比較，送入電流調(diào)節(jié)器acr，由此得出變頻器的控制脈沖，而通過勵磁電流調(diào)節(jié)器afr控制轉(zhuǎn)子勵磁電流if。該矢量控制系統(tǒng)的動態(tài)性能與直流電動機調(diào)速性能相當(dāng)，功率因數(shù)接近于1，效率也很高。

　　5 電壓模型和電流模型控制原理

　　在矢量控制系統(tǒng)中，磁道檢測包括兩種方式，分別為電壓模型和電流模型。電壓模型是利用測取的定子三相電壓實際值、、直接計算電機磁通ψ和位置角，其中ψ用于磁通閉環(huán)控制，值用于坐標(biāo)變換，使得矢量控制輸出的是三相電流給定值。電壓模型控制系統(tǒng)如圖4。

　　由于電壓模型是通過測得的實際值進(jìn)行計算的，在低速時(當(dāng)速度在5%以下時)定子繞組電動勢很小，計算誤差大，因此在低速時電壓模型不準(zhǔn)確，主要通過電流模型計算ψ和。

　　電流模型是根據(jù)定子電流勵磁分量給定值、轉(zhuǎn)矩分量給定值、磁通給定值ψ*以及轉(zhuǎn)子位置角λ，計算出勵磁電流給定值ie*和磁通幅值ψ、磁通位置角。電機低速運行時矢量速度閉環(huán)控制采用電流模型。電流模型控制系統(tǒng)如圖5所示：

　　在4#機架主傳動控制系統(tǒng)中，矢量控制采用軟件模塊化結(jié)構(gòu)，其中實際值檢測處理采用iwe模塊，電壓模型采用umo模塊，電流模型采用imo模塊。當(dāng)電機速度在5%以下時，電流模型imo起作用;當(dāng)電機在滿負(fù)荷轉(zhuǎn)速的5%～10%之間運行時，電壓模型umo和電流模型imo同時起作用，磁通值及其位置角取兩者的加權(quán)計算值;當(dāng)電機速度在10%以上時，電壓模型umo起作用。

　　6 一起主傳動跳電故障處理及原因分析

　　6.1 故障處理過程

　　2005年某日，1420冷軋酸軋機組更換4#機架上、下工作輥后，當(dāng)軋機出口速度加速到200m/min時，4#機架下輥主傳動跳電。操作盤op45顯示勵磁直流側(cè)電壓過高，即報“勵磁過電壓”故障，電機速度振蕩。根據(jù)該故障現(xiàn)象，逐步排查可能的故障原因，處理過程見表2。

6.2 故障原因分析

　對更換下線的電壓互感器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該電壓互感器輸出對正負(fù)電源的阻抗相差很大，內(nèi)部電路出現(xiàn)異常導(dǎo)致電壓互感器a相電壓不正常，導(dǎo)檢測回路發(fā)生故障，這是造成4#機架下輥主傳動跳電的根本原因。

在電機低速啟動(速度在5%以下)時，由于不需要用到三相電壓的反饋值以此時電機并沒有跳電。電機轉(zhuǎn)速介于最大轉(zhuǎn)速的5%～10%時，電機由電流模型和電壓模型共同進(jìn)行控制，并逐步轉(zhuǎn)向電壓模型控制。此時由于電流模型還在起作用，所以電機還沒有失控;但隨著電流模型作用減弱，a相電壓不衡產(chǎn)生的影響越來越嚴(yán)重，電機的振動加劇。

　　當(dāng)軋機出口速度加速到200m/min(最大出口速度為1800m/min)時，4#機架下輥主傳動跳電，也就是在矢量控制系統(tǒng)從電流模型控制轉(zhuǎn)向電壓模型控制以后發(fā)生了跳電。此時，電壓變換器輸出偏大，另外兩相、正常。此時，通過電壓模型計算可知ψ偏大，再經(jīng)過磁通調(diào)節(jié)器和pi調(diào)節(jié)，得到電機轉(zhuǎn)子勵磁電流ie變小。當(dāng)轉(zhuǎn)子勵磁電流ie變得足夠小時，轉(zhuǎn)子側(cè)回路近似開路，感應(yīng)出高電壓，導(dǎo)致“勵磁過電壓”跳電。

　　7 結(jié)束語

在本次故障處理中，有幾個方面值得注意：

(1)霍爾ct、pt內(nèi)部采用電子集成元件，容易出現(xiàn)故障，或發(fā)生輸出零漂，需要定期進(jìn)行試驗與調(diào)零;

(2)電機開環(huán)試驗是判斷主回路和控制系統(tǒng)是否正常的好方法;

(3)在處理大型的電機故障時，應(yīng)該密切關(guān)注定子的三相電壓和電流以及轉(zhuǎn)子電流，以便盡快從中找出故障的原因。