矢量控制实验详解

为进一步验证采用的矢量控制策略，在搭建的高性能级联型变频器实验平台上进行相关实验研究，图7-55所示为给定转速和实际转速曲线。由实验波形可见，稳态时转速的实际值和给定值基本相等，达到了给定值1500r/min，即标幺值1.0，在稳态运行过程中，实际转速存在轻微的抖动。图7-56所示为给定转速和实际转速上升曲线图，通过对实际转速曲线的局部放大可发现，在起动阶段约有130ms的短时间延迟，其主要原因是磁通尚未完全建立；进入稳态有小幅度的超调；在动态加减速过程中，实际转速整体上能快速准确地跟踪给定值的变化。

图7-55 给定转速和实际转速实验波形

图7-56 给定转速和实际转速上升曲线

磁通的给定值和观测值实验波形如图7-57所示。由图可见，磁通在1.3s能够稳定下来，建立时间较快，和给定值的误差基本为零，达到了设定的标幺值0.8。此时的定子电流d轴励磁分量给定值和实际值如图7-58所示。实验波形表明，能够以较大的电流建立磁场，之后励磁电流实际值以给定值为中心线上下有一定波动。

图7-57 磁通建立过程实验波形

图7-58 磁通建立过程d轴电流波形

图7-59、图7-60所示分别为磁通改变实验波形和磁通改变时d、q轴电流变化波形。由图可见，当电动机以500r/min转速稳态运行时，改变磁通给定值的大小，即由标幺值0.8降为0.5，磁通能够在约0.8s到达新的稳态值，d轴励磁电流随之变化、响应迅速，而q轴转矩电流则基本保持不变。

图7-59 磁通改变实验波形

图7-60 磁通改变时d、q轴电流变化波形

当电动机在以500r/min转速稳定运行时，进行加载测试，转速波形如图7-61所示。由图可见，当加载瞬间，转速有一定跌落，之后转速能够很快恢复到500r/min，系统抗负载扰动能力较强。加载测试的输出电流波形如图7-62所示。在突加负载时，电流幅值随之增加，在2s时间内能够基本稳定到新的状态。

图7-63、图7-64分别给出了突加负载时d、q轴电流波形。由图可见，定子电流d轴分量基本保持不变，而定子电流q轴转矩分量与负载同步变化、响应迅速。

(www.xing528.com)

图7-61 突加负载时转速波形

实验结果表明，定子电流励磁分量和转矩分量基本没有耦合现象，磁通单独由励磁电流分量改变，转矩单独由转矩电流分量改变，实现了异步电动机矢量控制算法的解耦控制。

图7-62 突加负载时输出电流幅值变化

图7-63 突加负载时d轴电流波形

图7-64 突加负载时q轴电流波形

与U/f相比，矢量控制的优势在于其低速带载性能更强。低速带载实验波形如图7-65、图7-66所示。实验中阶跃给定电动机转速为60r/min，即2Hz，转矩设定为额定转矩的两倍，带载起动。由图7-65可见，实际转速能够在0.5s左右达到设定转速，响应比较迅速。由图7-66可见，起动过程中，定子电流冲击较小，并且能够很快达到稳态。

图7-65 阶跃给定转速和实际转速波形

图7-66 阶跃给定输出电流波形

为了对比低速加载的电流变化，又进行了在2Hz运行突加两倍负载的实验，测得的d、q轴电流分量波形如图7-67所示。由图可见，d轴电流在给定值附近波动，q轴电流分量在突加转矩时能够很快地响应，在一个过冲之后能够很快稳定。

图7-67 2Hz低速运行时d、q轴电流分量波形