流速仪检定车调速系统负载波动的动态分析

　　流速仪的检定需要检定车以各种稳定速度牵引流速仪来实现.在测量段,对检定车的速度精确度有很高的要求[1-2].

　　国内现有的流速仪检定车中,有的是采用变频器供电的同步电机作为拖动电机构成检定车调速系统[3],这主要是利用了同步电机的转速与电源频率严格保持同步而与负载大小无关的特性.

　　当同步电机转速恒定时,检定车的速度就是恒定的.但是,轨道不平、车轮变形等因素会造成检定车的负载变化[3],引起同步电机负载转矩的变化,在不失步的情况下,同步电机需要经过一个过渡过程重新达到稳定状态[4-6].在这个过渡过程中,电机转速是变化的,因此检定车的瞬时速度也是变化的.假定检定车负载的变化很小,从而同步电机负载转矩的变化量也很小,在转速开环的条件下,过渡过程中,转速在同步转速附近作微小振荡[7].因此,通过研究同步电机小振荡时的动态过程就可以得到检定车负载变化时的动态过程.

　　笔者对测量段检定车负载变化时的动态过程进行分析,为了简化分析,只考虑系统的机械惯性,忽略同步电机的电磁惯性.采用Matlab对检定车负载发生阶跃和脉冲变化的动态过程进行仿真.

　　1　同步电动机小振荡时的数学模型

　　同步电动机小振荡时,其电磁转矩包括同步转矩分量Ts和异步转矩分量Ta,如果忽略阻力转矩的影响,则可得由同步电动机组成的电力拖动系统的运动方程

　　式中:TL为负载转矩;J为系统的转动惯量;p0为电机极对数;ω为转子电角速度.

　　设负载转矩恒定时,系统在某稳态0点运行,则有

　　并且有Ta0=0.

　　由式(1)和式(2)得

　　当负载波动很小时,可认为上述各增量很小,于是有

　　式中:Δθ为功率角增量;Δω为电角速度增量.

　　Δθ与Δω的关系为

　　式中负号表示Δθ与Δω变化的方向相反.

　　所以,式(3)可进一步写成

　　对式(4)进行拉氏变换,并令,得

　　于是得系统的传递函数

　　2　参数的确定

　　2.1　同步转矩系数Ks

　　不计凸极效应,在电机转子角速度变化不大的情况下,近似地用同步角速度Ω1去除电磁功率Pem,即得同步转矩

　　如果电机的额定功率为PN,额定运行时的功率角为θN,则过载倍数

　　于是有

　　式中θ0≈θN.

　　2.2　异步转矩系数Ka

　　设同步电动机的转子中嵌有阻尼绕组,在转差率s很小时,可近似地认为Ta和s成正比[8],即

　　式中:U1为电机的端电压;R′2为转子阻尼绕组电阻的归算值.