小功率单相异步电机无速度传感器控制系统的研究

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小功率单相交流异步电动机是指功率在25W~1.1KW的交流单相异步电动机。由于其价格低廉、性能可靠、因此经常在纺织机械、印刷机械、注塑机械、小型电动器械、检测装置中见到它的身影。在应用这种电机的同时,一般需配上调速装置,目的是提高输出转矩、扩大调速范围、提高利用效率。如果不配调速装置,调速范围在额定负载下仅有3左右,配上调速装置的调速范围可达10。这种小功率电机目前在市场上所配置的调速器是调压调速形式的。交流调压调速系统的机械特性并不理想,它比较适合于风扇和泵类负载,在用于恒转矩负载时往往达不到预期的效果。而在纺织机械、印刷机械、注塑机械、小型电动器械中往往遇到的都是恒转矩负载。因此,调压调速的方式并不能满足机械设备的要求。如果采用V/F变频方式进行调速,其效果将会更好。 本文应用感应电机的矢量V/F控制技术该方案,有别于传统的转差频率控制,并且提出了一种动态电流频率补偿方案,提高了系统的动态特性。但在对恒速要求较高的场合,有必要加入电机速度闭环控制。如果采用有速度传感器闭环控制,势必增加制造成本、在一定程度上降低了系统的可靠性,而且有些特定场合不适合安装速度传感器,因此研发无速度传感器的闭环控制技术以降低成本十分必要。本文根据所推导的单相异步电机的定子侧d-q轴模型和转子侧d-q轴模型分别推导出相应的适于DSP处理的小计算量的转速估计器,并做出相应的仿真。在转速估计仿真中,由于没有涉及电机参数变化,所以两种仿真结果相似。在实际应用时,要针对不同的方法采取相应的补偿措施。当把等效电路投影到转子侧,由于转子磁场为圆形磁场而且此时定子电流解耦容易,所以最终设计出转子侧的矢量控制系统,并通过仿真研究证明了该方法的有效性,为今后硬件电路的实现打下坚实的基础。
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