4 交—交變頻矢量控制系統原理

　　如圖3所示，主傳動矢量控制變頻調速系統主要包括矢量控制、速度控制、電流控制等環節，采用了雙閉環結構形式，轉速調節器asr的輸出即轉矩給定信號，除以磁通模擬信號，得定子電流轉矩分量給定信號，將、按功率因數要求給定的以及來自位置變換器bq的旋轉坐標相位角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，送入電流調節器acr，由此得出變頻器的控制脈沖，而通過勵磁電流調節器afr控制轉子勵磁電流if。該矢量控制系統的動態性能與直流電動機調速性能相當，功率因數接近于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用于磁通閉環控制，值用于坐標變換，使得矢量控制輸出的是三相電流給定值。電壓模型控制系統如圖4。

　　由于電壓模型是通過測得的實際值進行計算的，在低速時(當速度在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確，主要通過電流模型計算ψ和。

　　電流模型是根據定子電流勵磁分量給定值、轉矩分量給定值、磁通給定值ψ*以及轉子位置角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控制采用電流模型。電流模型控制系統如圖5所示：

　　在4#機架主傳動控制系統中，矢量控制采用軟件模塊化結構，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。當電機速度在5%以下時，電流模型imo起作用;當電機在滿負荷轉速的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計算值;當電機速度在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顯示勵磁直流側電壓過高，即報“勵磁過電壓”故障，電機速度振蕩。根據該故障現象，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行檢查，發現該電壓互感器輸出對正負電源的阻抗相差很大，內部電路出現異常導致電壓互感器a相電壓不正常，導檢測回路發生故障，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。電機轉速介于最大轉速的5%～10%時，電機由電流模型和電壓模型共同進行控制，并逐步轉向電壓模型控制。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相電壓不衡產生的影響越來越嚴重，電機的振動加劇。

　　當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從電流模型控制轉向電壓模型控制以后發生了跳電。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，再經過磁通調節器和pi調節，得到電機轉子勵磁電流ie變小。當轉子勵磁電流ie變得足夠小時，轉子側回路近似開路，感應出高電壓，導致“勵磁過電壓”跳電。

　　7 結束語

在本次故障處理中，有幾個方面值得注意：

(1)霍爾ct、pt內部采用電子集成元件，容易出現故障，或發生輸出零漂，需要定期進行試驗與調零;

(2)電機開環試驗是判斷主回路和控制系統是否正常的好方法;

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