在电机控制系统中 电机保护控制器的应用和选型

 刘丹
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 2018011

摘 要：智能控制在电机控制中的应用智能控制是自动控制理论的新发展，它实质上是一个仿照人脑思维功能进行控制的方法，如专家系统、神经元控制、模糊控制等被人们统称为智能控制。探讨了智能电机保护和控制装置在电机控制系统中的应用。
关键词：智能控制；电机控制；装置；保护
1前言
      无论是由三相感应电动机还是由三相永磁同步电动机构成的伺服系统，都是非线性的时变系统。尽管采用了矢量控制，仍然不能从根本上改变系统的非线性特性，而直接转矩控 制自身就是一种非线性控制方式。矢量控制严重依赖于电动机的数学模型，其参数在电动机运行中会发生较大变化。事实上，这些与实际电动机是不*相符的。其结果之一是在电磁转矩中一定还包含有谐波转矩，这些谐波转矩是未知的，在实际控制系统中，通常将其作为一种扰动来处理。此外，还会有多种原因增加系统的非线性和不确定因素。在不同条件下，这些都会成为制约伺服系统控制质量的瓶颈。所以，需要真正改变高性能伺服系统中的非线性、参数变化、扰动和噪声等控制问题，才能进一步提高系统的控制性能。
2智能控制及其控制目的
      智能控制是自动控制领域内的一门新兴学科，模糊控制与神经网络是其中的两项关键技术，可以用来解决一些传统控制方法难以解决的问题。首先，智能控制不依赖于控制对象的数学模型，只按实际效果进行控制，在控制中有能力并可以充分考虑系统的不精确性和不确定性。其次，智能控制具有明显的非线性特征。就模糊控制而言，无论是模糊化、规则推理，还是反模糊化，从本质上来说都是一种映射，这种映射反映了系统的非线性，而这种非线性很难用数学来表达。神经网络在理论上就具有任意逼近非线性有理函数的能力，还能比其他逼近方法得到更加易得的模型。近些年来，已提出了各种基于智能控制的控制策略和控制方法，已逐步形成了一种新的控制技术。应着重指出的是，虽然将智能控制应用于伺服驱动的研究已取得了不少成果，但是还有许多理论和技术问题尚待解决。由于智能控制涉及面广，不可能具体介绍很多内容，好在这方面已有很多文献可供参考，这里希望通过举例来介绍它们的控制思想和控制方式。
3智能电机控制系统的组成及应用
3.1逆变器
(1)主要电路形式选择与功率开关管的应用
      现阶段，很多生产加工行业常用的是以星形三相三状态和两相导通星形三相六状态两种方式。主电路的核心部分是作用各异的逆变器功率开关管。在大功率电机的控制中，也可选择 MCT，它是 MOSFET 与晶闸管的复合器件，具有高电压、大电流、工作频次高、控制功率小、易驱动、使用低成本集 成驱动电路控制等优点。为了提高逆变器的可靠性、缩小体 积，也可以采用近年来迅速发展的功率集成电路(PIC)。PIC 将多个功率开关管及其快恢复二极管集成为一体。
（2）驱动电路的构成
      在电机使用中，首先由驱动电路将控制器的输出信号进行功率放大后，才能向各功率开关管送去使其能饱和导通和可靠关断的驱动信号。随着集成电路技术的发展，现在已经把驱动电路制成有一定输出功率的专用集成电路，并且已经开始渐渐在无刷直流电动机上得到推广应用。
3.2 控制器
      智能电机中的控制器主要有两个概念。一个是基于专用集成电路的控制系统。就现在的市场环境来讲，国内很多生产厂家推出了不同规格和用途的无刷直流电动机控制专用集 成电路。这些具有一定的电机配用的集成控制电路克服了分立元件带来的弊端，使控制电路体积小、可靠性高，对于特定环境下完成特定功能、并具有规模化生产的无刷直流电动机来说，是推荐方案。但其应用范围局限性大，功能难以扩展。种智能电机中的控制器主要是指以微型计算机技术为核心的数模混合控制系统与全数字化控制系统。随着无刷直流电动机应用领域的应用范围越来越广，对它的实用性能也提出了更高的要求，因而其控制器由以硬件模拟电子器件为主，转向采用数字电路、单片机以及数字信号处理器方向发展，实现半数字化的数模混合控制和全数字化控制，控制规律由硬件实现转向以软件实现。
3.3 智能电机控制系统在实际生产中的应用
       智能电机的出现大大提高了各行业的劳动生产率，为社会的进步和经济的发展做出了巨大贡献。其应用范围已经非常广泛，而且更多应用在了高、精、尖的设备层面，例如船用空 调设备、大型吊装设备、矿山开采设备、大型通风控制系统、资源探测等大型设备。在现实生活微观方面更是举不胜举，小到任何一件家用电器的系统管理控制和漏电保护，大到路边 随处可见的变压器、通信网络控制及信号接收设备，汽车、摩托车等交通工具，无处不见智能电机控制和保护装置的影子。在当今社会房地产和城市公共服务建设如火如荼之际，放眼城市各处，遍地都是塔吊林立，大型施工设备经常可见。自工业革命以来，就逐渐掀起了机器设备带动人力劳动的一页，发展到今天，机器设备也不再需要过多人去机械的控制，已经可以走向智能化，而越来越多的研究人员和电机设备生产厂家也都开始瞄准了更高的科研要求。
4智能控制在电机控制系统的应用
      智能控制目的是控制那些难以建模的复杂过程或对象。在以电机为控制对象的交直流传动系统中，虽然直流电机数学模型很简单，交流电机经前面研究过的矢量变换也可等效 为直流电机模型，同时也有比较成熟的控制方案。
传感器参数化表示参数的调整，通过这种参数的调整，可以使传感器系统适应于在一个确定的装置中工作以及在工作中能进行信号处理的操作。参数必须由外部调整，然后主要通 过通信功能对传感器系统的工作状态进行设置。最后必须对传感器系统的信号处理程序算法进行编程。为了进行的软件开发，集散控制结构对传感器的编程控制提出了新的要求。 传感器配置的形式和范围大小随传感器系统的复杂性及功能的不同而变化。在制成的多传感器系统里包含基本传感器和 信号处 理两大部分。因此参数限制了已有了算法的调整。
       虽然智能控制在电机控制系统中得到了广泛应用。但是作为技术人员，必须清醒地意识到，交流电机各种控制方法中大多要涉及定、转子电阻和电感，这些物理数值随温度、频率等变化产生变化将使控制指标达不到最佳状态，严重的还会失去高性能控制的价值。负载转动的惯量数值在某些应用中还会随施工情况产生细微改变，加上非线性因素的影响，尽管解耦控制可以将电机参量调整为*独立的通道，但是由于拖动系统含有弹性耦合及间隙等非线性因素，使系统的鲁棒性变差，如果把智能控制与P1调节、矢量控制、直接转矩控制等方法相结合，将可获得更加优良的传动性能。在布局上应采用多环控制结构，依靠智能控制环决定系统的最终控制性能。在电机控制中应用时，首先应根据先验系统确立模糊变量和模型集；其次要确立模糊规则和模型推理的操作算子。与这种控制方法相适应的小型生成方法主要侧重于空间电压矢量 SPWM 方法。在控制中要针对低速特性和电机参数特性采取相应的专家系统或在线状态观测。这样做的效果表明，它不但适应于一般变频调速特性和电机参数特性，更适应于伺服控制和机器人控制。
5 安科瑞ARD系列智能电动机保护器介绍与综合选型
5.1产品简介
       ARD该系列低压电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。应用范围：可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。
5.2产品选型
产品功能