異步電動機(jī)CFPWM-FOC系統(tǒng)仿真

摘要洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGEIVPAGEIV異步電動機(jī)CFPWM-FOC系統(tǒng)仿真摘要矢量控制是一種優(yōu)越的交流電機(jī)控制方式，它可以使交流電機(jī)取得同直流電機(jī)相媲美的控制效果。本文介紹了現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的概況、矢量控制的基本概念以及在三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系下的異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。研究了異步電動機(jī)CFPWM-FOC系統(tǒng)的仿真建模方法，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用MATLAB下的仿真工具SIMULINK軟件建立了按轉(zhuǎn)子磁場定向的異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型。本次設(shè)計利用SIMULINK工具做出了異步電動機(jī)CFPWM-FOC系統(tǒng)的仿真模型，利用仿真模型得到了PWM電壓波形圖、電流波形圖、旋轉(zhuǎn)磁場波形圖、轉(zhuǎn)矩波形圖、轉(zhuǎn)速波形圖，并對仿真圖進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：異步電機(jī)，矢量控制，SIMULINK，CFPWM

AsynchronousMotorCFPWM-FOCSystemSimulationABSTRACTVectorcontrolisasuperiorACmotorcontrol,whichcanmaketheACmotortoachievecomparablewiththeDCmotorcontroleffects.ThisarticledescribesanoverviewofmodernACvariablespeedsystem,thebasicconceptsofvectorcontrolandthemathematicalmodelunderthecoordinatesystemofthethree-phasecoordinatesystemandtwo-phaseasynchronousmotor.TheasynchronousthemotorCFPWM-theFOCsystemsimulationmodelingandMATLABsimulationtoolSIMULINKsoftwareapplicationbasedonthemathematicalmodeloftherotorfieldorientedinductionmotor.ThedesignusingSIMULINKtoolsmade??theasynchronousthemotorCFPWM-theFOCsystemsimulationmodel,simulationmodelofthePWMvoltagewaveform,currentwaveform,therotatingmagneticfieldwaveform,thetorquewaveform,speedwaveformdiagramandsimulationthediagramisanalyzed.KEYWORDS:AsynchronousMotor,VectorControl,CFPWM,SIMULINK前言目錄前言 1第1章緒論 31.1課題背景 31.2交流調(diào)速系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展 31.3脈寬調(diào)制技術(shù) 41.4本章小結(jié) 4第2章三相異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型 62.1三相異步電機(jī)的工作原理 62.2三相異步電機(jī)物理模型 62.3坐標(biāo)變換 92.3.1三相/兩相變換 92.3.2兩相/兩相旋轉(zhuǎn)變換變換 102.3.3直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換 112.4異步電機(jī)在二相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型 122.5本章小結(jié) 12第3章異步電機(jī)CFPWM-FOC研究 143.1電流滯環(huán)跟蹤控制原理 143.2滯環(huán)寬度分析 163.3電流滯環(huán)跟蹤控制的特點 183.4三相異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 183.5本章小結(jié) 19第4章電流跟蹤控制的SIMULINK仿真 204.1仿真工具語言MATLAB簡介 204.2異步電機(jī)CFPWM-FOC系統(tǒng)仿真 224.3仿真模型設(shè)計分析 224.4仿真結(jié)果及分析 264.5本章小結(jié) 29結(jié)論 30謝辭 31參考文獻(xiàn) 32外文資料翻譯 33前言直流電機(jī)雖然調(diào)速性能良好，但也存在著難以克服的弱點：調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性差，成本高，功率低，難維護(hù)，容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速受到換相條件的制約，實際應(yīng)用對環(huán)境要求很高。所以在這種環(huán)境下，交流調(diào)速應(yīng)運而生，能夠較好的客服直流調(diào)速難以克服的缺點，矢量控制理論于1971年由德國首先提出，此后產(chǎn)生了矢量控制技術(shù)，矢量控制技術(shù)可以將三相異步電機(jī)等效為直流電機(jī)，這樣控制三相異步電機(jī)就等笑成了控制直流電機(jī)，從而交流調(diào)速就可以獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能，開創(chuàng)了交流調(diào)速和直流調(diào)速相媲美的時代。[7]交流調(diào)速技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的各個方面應(yīng)用很廣，對于提高電力傳動系統(tǒng)的性能有著重要的意義，由于電力傳動系統(tǒng)的復(fù)雜性和被控對象的特殊性，使得對它的建模與仿真一直是研究的熱點。矢量控制方法的提出，使交流傳動系統(tǒng)在動態(tài)特性方面得到了顯著的改善和提高，從而使交流調(diào)速最終取代直流調(diào)速成為可能。矢量變換控制的異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)是一種高性能的調(diào)速系統(tǒng)，已經(jīng)在許多需要高精度，高性能的場合中得到應(yīng)用。SPWM控制技術(shù)包括電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù)(磁鏈跟蹤控制技術(shù))和電流跟蹤PWM（CFPWM）控制技術(shù)。SVPWM控制技術(shù)以電壓接近正弦波為目標(biāo)，電流波形則因負(fù)載的性質(zhì)及大小而異。然而對于交流電機(jī)來說，應(yīng)該保證為正弦波的是電流，穩(wěn)態(tài)時在繞組中通入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為恒定值，不產(chǎn)生脈動，因此以正弦波電流為控制目標(biāo)更為合適。電流跟蹤PWM(CurrentFollowPWM,CHPWM)的控制方法是：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值，在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的寬度有關(guān)，同時還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。在實際使用中，應(yīng)在器件開關(guān)頻率允許的前提下，盡可能選擇小的寬度。電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高、響應(yīng)快，且易于實現(xiàn)，但功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。為了克服這個缺點，可以采用具有恒定開關(guān)頻率到的電流控制器，或者局部范圍內(nèi)限制開關(guān)頻率，但這樣對電流波形都會產(chǎn)生影響。[10]第1章標(biāo)題第1章緒論1.1課題背景交流調(diào)速和直流調(diào)速方案之爭，長期以來一直存在。在交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)發(fā)展之前，直流電機(jī)直流調(diào)速技術(shù)在理論上和實踐上較為成熟，在調(diào)速場合幾乎占壟斷地位。由于直流傳動具有卓越的調(diào)速性能，而交流傳動調(diào)速性能難以滿足生產(chǎn)要求，因此，在20世紀(jì)大部分年代里，直流傳動在調(diào)速傳動領(lǐng)域中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。雖然直流電機(jī)調(diào)速性能良好，但也存在著難以克服的弱點：調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性差，成本高，功率低，難維護(hù)，容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速受到換相條件的制約，實際應(yīng)用對環(huán)境要求很高。這些都與現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)要求的高可靠性、易使用性、易維護(hù)性相矛盾，因此直流電機(jī)難以適應(yīng)現(xiàn)代傳動技術(shù)的要求。[1]正是直流調(diào)速系統(tǒng)的這些難于解決的缺點，促使人們著力的研究交流傳動技術(shù)。1885年，世界上第一臺交流電機(jī)問世。交流電機(jī)首先在不調(diào)速的領(lǐng)域慢慢取代了直流電機(jī)。交流電機(jī)本身是一個非線性、強(qiáng)耦合、高階、多變量系統(tǒng)，其可控性較差。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及社會發(fā)展的需要推動了交流調(diào)速的飛速發(fā)展，現(xiàn)代控制理淪的發(fā)展和應(yīng)用，電力電子技術(shù)的進(jìn)步，為交流調(diào)速的飛速發(fā)展創(chuàng)造了技術(shù)和物質(zhì)條件。隨著現(xiàn)代交流電機(jī)調(diào)速控制理論和電力電子變流技術(shù)的發(fā)展，特別是交流電機(jī)的調(diào)速理論的突破和調(diào)速裝置的日益完善，交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)取得突破性的進(jìn)展，出現(xiàn)了多種類型的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。近年來交流調(diào)速系統(tǒng)中最活躍，發(fā)展最快的是變頻調(diào)速技術(shù)，在國民經(jīng)濟(jì)和日常生活中占據(jù)著越來越重要的地位。交流調(diào)速已經(jīng)逐漸取代直流調(diào)速，成為調(diào)速技術(shù)的主體。1.2交流調(diào)速系統(tǒng)控制技術(shù)的發(fā)展交流變頻調(diào)速理論在二十世紀(jì)三十年代，就被人開始提出，到了六十年代，由于電力電子器件的發(fā)展，變頻調(diào)速技術(shù)開始向?qū)嵱眯苑矫姘l(fā)展；到了七八十年代，變頻調(diào)速技術(shù)得到推廣應(yīng)用，變頻調(diào)速己經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)品化，性能不斷提高，發(fā)揮了交流調(diào)速的優(yōu)越性，廣泛應(yīng)用在各工業(yè)部門，并且部分取代了直流調(diào)速系統(tǒng)；進(jìn)入九十年代，數(shù)字化控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)獲得巨大發(fā)展：先進(jìn)的電機(jī)控制理論被廣泛應(yīng)用。矢量控制通過坐標(biāo)變換將交流異步電機(jī)模型等效為直流電動機(jī)，實現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)磁通的解耦，然后分別獨立調(diào)節(jié)，從而獲得高性能的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速響應(yīng)特性。由于以上優(yōu)點，本文選擇電流跟蹤PWM（CFPWM)控制方案。1.3脈寬調(diào)制技術(shù)以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱作正弦波脈寬調(diào)制（SinusoidalpulseWidthModulation，簡稱SPWM）。[11][14]PWM技術(shù)的發(fā)展過程經(jīng)歷了從最初的追求電壓波形的正弦到電流波形的正弦，再到異步電機(jī)磁通的正弦；從效率最優(yōu)，轉(zhuǎn)矩脈動最小，到消除諧波噪聲等。隨著新型電力電子器件的不斷涌現(xiàn)以及微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻技術(shù)也獲得了飛速發(fā)展。PWM控制技術(shù)以輸出電壓接近正弦波為目標(biāo)，電流波形則因負(fù)載的性質(zhì)及大小而異。然而對于交流電機(jī)來說，應(yīng)該保證為正弦波的是電流，穩(wěn)態(tài)時在繞組中通入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為恒定值，不產(chǎn)生脈動，因此以正弦波電流為控制目標(biāo)更為合適。電流跟蹤PWM(CurrentFollowPWM,CHPWM)的控制方法是：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值，在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。1.4本章小結(jié)直流電機(jī)雖然調(diào)速性能良好，但也存在著難以克服的弱點：調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定性差，成本高，功率低，難維護(hù)，容量、電壓、電流和轉(zhuǎn)速受到換相條件的制約，實際應(yīng)用對環(huán)境要求很高。所以在這種環(huán)境下，交流調(diào)速應(yīng)運而生，能夠較好的客服直流調(diào)速難以克服的缺點，電力電子技術(shù)是支持交流調(diào)速的基礎(chǔ)，而矢量控制的誕生使得交流調(diào)速可以與直流調(diào)速相媲美，隨著技術(shù)的進(jìn)步，脈寬調(diào)速的出現(xiàn)又為交流調(diào)速發(fā)的實用開辟了一條新的道路。第3章REF_Ref168484495\h錯誤！未找到引用源。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）PAGE19第2章三相異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型2.1三相異步電機(jī)的工作原理在交流電動機(jī)的定子鐵心中，沿空間分布均勻分布三個繞組，每個繞組軸相互錯開120度。交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)形式即繞線轉(zhuǎn)子和籠型轉(zhuǎn)子。繞線轉(zhuǎn)子中的三相繞組如同定子一樣，布置在轉(zhuǎn)子鐵心上，并與外部相聯(lián)接，籠型轉(zhuǎn)子不與電源聯(lián)接，轉(zhuǎn)子繞組自行閉合，所以結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠。三相異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是存在旋轉(zhuǎn)磁場，三相異步電動機(jī)的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。當(dāng)時間上按正弦變化且互差120度的三相電流通過三相定子繞組時，在氣隙中將產(chǎn)生一個沿氣隙周邊呈正弦分布、并以一定角速度旋轉(zhuǎn)的磁場，其電角速度與定子電流角頻率相等。旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生后，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)起來。這里必須注意的是，對轉(zhuǎn)矩起決定作用的僅是轉(zhuǎn)子電流的有功分量。一般情況下，電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。因為二者若相等，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場就沒有相對運動(即轉(zhuǎn)差)，就不會切割磁力線，也就不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必然小于磁場的旋轉(zhuǎn)速度。異步電動機(jī)只有在異步運行的情況下，才能實現(xiàn)能量變化和提供轉(zhuǎn)矩。對于交流異步電機(jī)，定子繞組輸入電壓相位和幅值的變化，都能夠引起電機(jī)的瞬態(tài)響應(yīng)。同樣負(fù)載轉(zhuǎn)矩的突變也會引起瞬態(tài)響應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致了電機(jī)轉(zhuǎn)矩的不平衡，電機(jī)產(chǎn)生加速或減速，最終達(dá)到一個新的速度值。2.2三相異步電機(jī)物理模型異步電機(jī)是一個高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，在研究其數(shù)學(xué)模型時所做的假設(shè)為：(1)忽略空間諧波，認(rèn)為三相繞組對稱，所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙圓周按正弦規(guī)律分布(2)忽略磁路飽和影響，認(rèn)為各繞組的自感和互感都是恒定的(3)忽略鐵芯損耗(4)不考慮頻率和溫度變化對繞組電阻的影響圖2-1為矢量控制中異步電機(jī)的物理模型。其中，定子三相繞組軸線A,B,C在空間是固定的，以A軸為參考坐標(biāo)軸，轉(zhuǎn)子繞組a，b，c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子a軸和定子A軸之間的電角度為空間角位移變量。圖2-1三相異步電機(jī)的物理模型對于交流電機(jī)三相對稱的靜止繞組A，B，C，通過三相平衡的正弦電流、、時，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速ω順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。由電機(jī)學(xué)可知，在兩相、三相、四相等多相對稱繞組中通以多相對稱電流時，都能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，其中以兩相最為簡單，兩相靜止繞組α和β，它們在空間互差90度，通以時間上互差90度的兩相平衡交流電流、，也可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢F，該磁動勢與三相對稱的靜止繞組A，B，C所產(chǎn)生的磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速都相等時，即認(rèn)為二者是等效的。兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組M與T，其中分別通以直流電流和，產(chǎn)生合成磁動勢F，其位置相對于繞組來說是固定的。讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，則磁動勢F自然也隨之旋轉(zhuǎn)起來，成為旋轉(zhuǎn)磁動勢。如果這個磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速與三相對稱的靜止繞組A，B，C所產(chǎn)生的磁動勢的大小和轉(zhuǎn)速都相等時，也認(rèn)為二者是等效的。根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁場等效的原則，經(jīng)過三相兩相變換和旋轉(zhuǎn)變換等矢量變換，使三相交流電機(jī)的三相繞組和直流電機(jī)的直流繞組等效，從而能模擬直流電機(jī)控制轉(zhuǎn)矩的方法對交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，這就是矢量變換控制。按照上述分析，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準(zhǔn)則，三相坐標(biāo)系下的、、，靜止兩相坐標(biāo)系下、和旋轉(zhuǎn)兩相坐標(biāo)系下的直流和是等效的。這樣，通過坐標(biāo)變換，可以找到與交流三相繞組等效的直流電機(jī)模型。圖2-2二極直流電機(jī)的物理模型圖2-2所示為二極直流電機(jī)的物理模型，它可以等效為交流三相繞組的電機(jī)。圖中F為勵磁繞組，A為電樞繞組，C為補償繞組。F和C都在定子上，只有A在轉(zhuǎn)子上。把F的軸線稱為直軸或d軸，主磁通的方向就在d軸上，A和C的軸線則稱為交軸或q軸。由于電樞磁動勢的軸線始終被電刷限定在q軸位置上，好像一個在q軸上靜止的繞組，但由于它不切割磁力線且與d軸垂直，故而對主磁通影響甚微，所以其主磁通基本上唯一地由勵磁電流決定，使直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較簡單，這也是直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。如果能將異步電動機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和控制問題就可以大為簡化。坐標(biāo)變換正是按照這種思路進(jìn)行的，而不同電機(jī)模型之間彼此等效的原則是，在不同坐標(biāo)系下所產(chǎn)生的磁動勢相同。2.3坐標(biāo)變換由于異步電動機(jī)在三相坐標(biāo)系下的動態(tài)數(shù)學(xué)模型具有高階、非線性、強(qiáng)耦合的特性，用傳統(tǒng)的控制方法分析和求解這組非線性方程比較困難，系統(tǒng)無法獲得較好的控制性能。異步電機(jī)在三相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型之所以復(fù)雜，關(guān)鍵是由于影響磁鏈和受磁鏈影響的因素較多，因此若要簡化數(shù)學(xué)模型，須從簡化磁鏈的關(guān)系著手。觀察直流電機(jī)，主磁通基本上唯一地由勵磁電流決定，是直流電機(jī)地數(shù)學(xué)模型及控制系統(tǒng)較簡單的根本原因。若將交流電機(jī)的物理模型等效地變換成類似直流電機(jī)的模式，分析和控制問題就可以大為簡化。矢量變換系統(tǒng)所包含的矢量變換規(guī)律有三種：(1)三相/兩相變換(即3/2變換)(2)兩相/兩相旋轉(zhuǎn)變換(2s/2r變換)，或稱矢量旋轉(zhuǎn)變換(VR)(3)直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換(K/P)以上三種變換都是可逆變換。2.3.1三相/兩相變換三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組之間的變換，稱為三相靜止坐標(biāo)系和二相靜止坐標(biāo)系α和β間的變換，簡稱3/2變換。二相靜止繞組α和β和三相靜止繞組A、B、C間的變換，稱為兩相靜止坐標(biāo)系和三相靜止坐標(biāo)系之間的變換，簡稱2/3變換。設(shè)三相繞組(A、B、C)與二相繞組軸線設(shè)定如圖2-4所示，α相繞組軸線與β相繞組軸線重合，都是靜止坐標(biāo)，分別對應(yīng)的交流電流為、、和、。采用磁勢分布和功率不變的絕對變換，三相交流電流在空間產(chǎn)生的磁勢與二相交流電流產(chǎn)生的磁勢應(yīng)該相等。圖2-3三相繞組與兩相繞組的軸線設(shè)定通過計算可得到三相系到兩相系的變換矩陣如下：(2-1)通過計算可以得到兩相系到三相系的變換矩陣如下：(2-2)此變換法以電機(jī)各物理量的瞬時值作為對象，不但適用于穩(wěn)態(tài)，也可用于動態(tài)變換。對于各相繞組的電壓和磁鏈，也有同樣的變換，且變換矩陣與電流變換矩陣完全相同。2.3.2兩相/兩相旋轉(zhuǎn)變換變換從兩相靜止坐標(biāo)系α和β到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M,T的變換稱為兩相/兩相旋轉(zhuǎn)變換，簡稱2s/2r變換，其中s表示靜止，r表示旋轉(zhuǎn)。把兩個坐標(biāo)系畫在一起，得圖2-5。按照磁動勢等效原則，圖中兩相交流電流、，和兩個直流電流,,應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的合成磁動勢F。圖2-4兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換兩相/兩相旋轉(zhuǎn)及其逆變公式如下(2-3)(2-4)同樣，電壓和磁鏈的旋轉(zhuǎn)變換陣也與電流(磁動勢)旋轉(zhuǎn)變換陣相同。2.3.3直角坐標(biāo)/極坐標(biāo)變換設(shè)磁動勢F與M軸的夾角為，則有(2-5)(2-6)以產(chǎn)生相同的磁動勢為準(zhǔn)則，在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流，通過三相/兩相變換，可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流，交流電機(jī)就等效成了直流電機(jī)，如圖2-5所示。圖2-5異步電機(jī)等效成直流電機(jī)2.4異步電機(jī)在二相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型由于各相繞組電流產(chǎn)生的磁動勢可以按平面矢量的疊加原理進(jìn)行合成和分解，所以能夠用兩相正交繞組來等效實際電動機(jī)的三相繞組。磁鏈方程：(2-7)電壓方程：(2-8)轉(zhuǎn)矩方程：(2-9)運動方程：(2-10)2.5本章小結(jié)本章主要是介紹了解三相異步電機(jī)組成結(jié)構(gòu)工作原理，學(xué)習(xí)上相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，物理模型。通過對數(shù)學(xué)模型和物理模型的學(xué)習(xí)研究，用常用的等效電機(jī)原則對坐標(biāo)變換進(jìn)行分析，給出了個坐標(biāo)之間變換的關(guān)系矩陣，電機(jī)的電壓平衡方程，磁鏈方程，矢量變換公式，（3/2,2/3）等。第3章異步電機(jī)CFPWM-FOC研究3.1電流滯環(huán)跟蹤控制原理現(xiàn)在以A相電流滯環(huán)跟蹤控制為例，其控制結(jié)構(gòu)圖如下圖3-1所示：圖3-1電流滯環(huán)跟蹤控制A相原理圖其中電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2h，將給定電流與輸出電流進(jìn)行比較，電流偏差△超過±h時，經(jīng)滯環(huán)控制器（HBC）控制逆變器A相上（或向下）橋臂的功率開關(guān)器件動作。B、C兩相的原理圖均與此相同。[1][2][4]采用電流滯環(huán)跟蹤控制時的三相電流波形與相電壓PWM波形，如下圖3-2所示：圖3-2電流滯環(huán)跟蹤控制時的三相電流波形與相電壓PWM波形采用電流滯環(huán)跟蹤控制時，變頻器的電流波形與PWM電壓波形如圖3-2所示。在t0時刻，＜，且=－≧h,滯環(huán)控制器（HBC）輸出正電平，使上橋臂功率開關(guān)器件VT1導(dǎo)通，使輸出電壓為正，使增大。當(dāng)增長到與，雖然=0，但HBC仍保持正電平輸出，VT1保持導(dǎo)通，使繼續(xù)增大。直到t=t1時刻，達(dá)到=＋h，=-h，使滯環(huán)翻轉(zhuǎn)，HBC輸出負(fù)電平，關(guān)斷VT1，并經(jīng)延時后驅(qū)動VT4。但此時VT4未必能夠?qū)ǎ捎陔妱訖C(jī)繞組的電感作用，電流不會反向，而通過二極管VD4續(xù)流，使VT4受到反向鉗位而不能導(dǎo)通，輸出電壓為負(fù)。此后，逐漸減小，直到t=t2時，=－h(huán)，到達(dá)滯環(huán)偏差的下限值，使HBC再翻轉(zhuǎn)，又重復(fù)使VT1導(dǎo)通。這樣，VT1與VD4交替工作，是輸出電流快速跟隨給定值，兩者的偏差始終保持在±h范圍內(nèi)。穩(wěn)態(tài)時為正弦波，在上下做鋸齒狀變化，輸出電流接近正弦波。負(fù)半波的工作原理與正半波相同，只是VT4與VD1交替工作。[1][6]3.2滯環(huán)寬度分析采用電流滯環(huán)跟蹤控制的PWM波形，如下圖3-3所示：圖3-3電流滯環(huán)跟蹤控制時的電流波圖3-3給出了在給定正弦波電流半個周期內(nèi)的輸出電流波形和相應(yīng)的相電壓波形?？梢钥闯觯诎雮€周期內(nèi)圍繞正弦波作脈動變化，不論在的上升段還是下降段，它都是指數(shù)曲線中的一小部分，其變化率與電路參數(shù)和電機(jī)的反電動勢有關(guān)。電流滯環(huán)跟蹤控制波形的幾何關(guān)系如圖3-4所示：圖3-4電流滯環(huán)跟蹤控制波形的幾何關(guān)系由上圖可知逆變器的開關(guān)頻率與電流波動幅值成反比，即與環(huán)寬成反比，環(huán)寬越小，開關(guān)頻率f越高，實際電流值越接近給定電流，此時電流追蹤性能越好。逆變器的開關(guān)頻率與電流波動幅值成反比，即與環(huán)寬成反比，環(huán)寬越小，開關(guān)頻率f越高，實際電流值越接近給定電流，此時電流追蹤性能越好。圖3-5三相電流跟蹤型PWM逆變電路輸出波形因此，輸出相電壓波形呈PWM狀，但與兩側(cè)窄中間寬的SPWM波相反，兩側(cè)增寬而中間變窄，這說明為了使電流波形跟蹤正弦波，應(yīng)該調(diào)整一下電壓波形。電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)寬有關(guān)，當(dāng)環(huán)寬選得較大時，可降低開關(guān)頻率，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻使開關(guān)頻率增大了。這是一對矛盾的因素，實用中，應(yīng)在充分利用器件開關(guān)頻率的前提下，正確地選擇盡可能小的環(huán)寬。3.3電流滯環(huán)跟蹤控制的特點電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高，響應(yīng)快，且易于實現(xiàn)。但受功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的限制，僅在電機(jī)堵轉(zhuǎn)且在給定電流峰值處才發(fā)揮出最高開關(guān)頻率，在其他情況下，器件的允許開關(guān)頻率都未得到充分利用。為了克服這個缺點，可以采用具有恒定開關(guān)頻率的電流控制器，或者在局部范圍內(nèi)限制開關(guān)頻率，但這樣對電流波形都會產(chǎn)生影響。[7][9][12]采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM交流電路有以下特點：(1)硬件電路簡單；(2)屬于實時控制方式，電流反應(yīng)快；(3)不需要載波，輸出電壓波形中不含有特定頻率的諧波分量；(4)和計算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時輸出電流中高次諧波含量較多；(5)屬于閉環(huán)控制，這是各種跟蹤型PWM交流電路的共同特點。3.4三相異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三相異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖3-6：圖3-6數(shù)字控制通用變頻器-異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件原理圖3.5本章小結(jié)異步電動機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換后，等效成了直流電機(jī)。因而可以模仿直流電機(jī)的控制方法，求得直流電機(jī)的控制量再經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，來控制異步電動機(jī)。其中如果要實現(xiàn)電流和轉(zhuǎn)矩的分別控制還需要進(jìn)行解耦計算，即將電流和磁量分開來算。電流、轉(zhuǎn)換成三相電流輸入給電流調(diào)節(jié)器IGBT，然后通過PWM逆變輸出結(jié)果即得到矢量控制。其中SPWM控制選用中值規(guī)則采樣法。第3章標(biāo)題PAGE8PAGE29第4章電流跟蹤控制的SIMULINK仿真4.1仿真工具語言MATLAB簡介八十年代以來，計算機(jī)仿真成為交流電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)分析、研究和設(shè)計的有利工具。隨著電機(jī)控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，不斷有新的控制算法被采用。仿真是對其進(jìn)行研究的一個重要的不可缺少的手段，而采用何種語言將對仿真是否方便、仿真速度是否容易收斂和計算精度產(chǎn)生影響。MATLAB語言在其仿真研究中被成功方便地應(yīng)用在電機(jī)系統(tǒng)的研制過程中。應(yīng)用計算機(jī)的仿真技術(shù)，我們可以用軟件建立起實際的電機(jī)及其傳動、控制的仿真模型，在計算機(jī)中，再以這個模型在人為模擬的環(huán)境或條件下進(jìn)行研究，替代真實電機(jī)在實際場合下的運行實驗，既可得到可靠的數(shù)據(jù)，又節(jié)約了研究的時間及費用。一般而言，對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，首先應(yīng)建立系統(tǒng)模型，然后根據(jù)模型編制仿真程序，利用計算機(jī)對其進(jìn)行數(shù)據(jù)求解并將結(jié)果加以顯示，顯然，通常在仿真模型中，十分耗費時間與精力的是編制與修改仿真程序，而MATLAB的為系統(tǒng)仿真提供了強(qiáng)有力的支持，是一個非常先進(jìn)而且使用便利的優(yōu)秀仿真軟件。MATLAB語言既是一種“演算紙式”的用于科學(xué)工程計算的高級語言，又是一種功能極其強(qiáng)大的輔助工具（如：模型仿真、圖象處理和internet網(wǎng)絡(luò)功能）。它有以下特點：(a)用戶使用方便，編程效率高，語言簡單，內(nèi)涵豐富，易學(xué)易用；(b)高效方便的矩陣和數(shù)組運算；(c)極其方便的繪圖功能；(d)帶有SIMULINK動態(tài)仿真工具及Toolbox等其它功能；(e)擴(kuò)充能力強(qiáng)。MATLAB是以復(fù)數(shù)矩陣作為基本編程單元的一種程序設(shè)計語言，它提供了各種矩陣的運算與操作，并有較強(qiáng)的繪圖及其它強(qiáng)大的功能，成為當(dāng)今國際控制界應(yīng)用最廣，也是最受人們喜愛的一種軟件環(huán)境。MATLAB是一個高度的集成系統(tǒng)，隨著它的版本不斷更新，軟件功能也不斷擴(kuò)充與完善，在科學(xué)和工程計算中將會有更廣闊的應(yīng)用前景。MATLAB語言非常適合電機(jī)控制領(lǐng)域內(nèi)的仿真及研究，在某些問題的研究中MATLAB及SIMULINK能帶來極大的方便并使效率極大提高。SIMULINK仿真軟件最大的特點是非常直觀，直接面向“方框圖”。它可完成控制系統(tǒng)模型輸入與仿真分析，在SIMULINK界面下，可以直接用鼠標(biāo)“畫”出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用SIMULINK提供的功能來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真或線性化分析。這樣無論多么復(fù)雜的系統(tǒng)，相當(dāng)容易且直觀地就可完成模型的輸入和仿真計算。仿真過程中和結(jié)束后都有示波器供查看、分析。所有數(shù)據(jù)都在內(nèi)存，可存貯在磁盤中。SIMULINK仿真軟件工具帶有相應(yīng)的系統(tǒng)模型庫，當(dāng)進(jìn)行模型輸入時可方便地調(diào)用這些模塊。各種實用工具箱（Toolbox）同時也提供大量模塊，可直接調(diào)用，例如：通訊工具箱就提供150多個SIMULINK模塊。而MATLAB的工具箱，為不同領(lǐng)域內(nèi)使用MATLAB的研究開發(fā)者提供了一條捷徑。SIMULINK仿真軟件的核心是S函數(shù)。用戶建立起SIMULINK系統(tǒng)模型就會建立一個相應(yīng)的S函數(shù)，這樣建立的S函數(shù)除了用來對原始模型進(jìn)行描述以外，還可以繪制出系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)，所以程序會顯得很繁瑣。用戶如果不想再繪制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，而只想對系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，則可用如下S函數(shù)，其引導(dǎo)語句格式為：function［sys,x0］=model(t,x,u,flag）model()為模型函數(shù)的函數(shù)名，t,x,u為對應(yīng)于狀態(tài)方程模型的時間、狀態(tài)向量和輸入向量，flag為選項位，用于標(biāo)識該函數(shù)的返回結(jié)果。MATLAB提供的SIMULINK是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)建模，仿真和分析的軟件包。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時間系統(tǒng)、離散時間系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。它具有相對獨立的功能和使用方法。SIMULINK的出現(xiàn)使得仿真工作以結(jié)構(gòu)圖的形式加以進(jìn)行。它提供各種功能模塊，包括了連續(xù)系統(tǒng)(Continuous)、離散系統(tǒng)(Discrete)非線性系統(tǒng)(Nonlinear)幾類基本系統(tǒng)構(gòu)成模塊，還包括連接、運算類模塊:函數(shù)與表(FunctionsTables)、數(shù)學(xué)運算模塊(Math)、信號與系統(tǒng)（SignalsSystems)。而輸入源模塊(Sources)和接收模塊(Sinks)則為模型仿真提供了信號源和結(jié)果輸出設(shè)備。便于用戶對模型進(jìn)行仿真和分析。用戶只要從模塊庫中拖放合適的模塊組合在一起，(也可以是自己的系統(tǒng))，就可以直接對它進(jìn)行仿真?？梢赃x擇合適的輸入源模塊作為信號輸入，用適當(dāng)?shù)慕邮漳K觀察系統(tǒng)響應(yīng)、分析系統(tǒng)特性。各種數(shù)值算法，仿真步長等重要參數(shù)可通過方便易用的對話框確定，十分簡捷，同時可以借助模擬示波器將仿真動態(tài)結(jié)果加以顯示，省去了以往仿真研究中的大量手工編程過程，避免了編程錯誤造成的數(shù)值不穩(wěn)定，計算結(jié)果錯誤等不該發(fā)生的意外事件出現(xiàn)，大大提高了算法研究與實際應(yīng)用的效率和可靠性。它與傳統(tǒng)的用微分方程和差分方程的仿真軟件包相比，具有更直觀，方便，靈活等優(yōu)點。[13][15]4.2異步電機(jī)CFPWM-FOC系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真采用國際控制界最流行的控制系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計語言MATLAB，其仿真工具SIMULINK是一種采用控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真的軟件。SIMULINK可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上畫出控制系統(tǒng)的模型，然后利用它提供的功能來對系統(tǒng)進(jìn)行仿真或線形化分析。因而可以得出圖4-1所示的仿真模型圖。圖4-1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的仿真模型圖4.3仿真模型設(shè)計分析異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真模型圖包含了以下幾個主要環(huán)節(jié)：(1)從三相定子坐標(biāo)系經(jīng)過3/2變換到兩相靜止坐標(biāo)系再經(jīng)過旋轉(zhuǎn)變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換結(jié)構(gòu)圖如圖4-2所示。首先，經(jīng)過三相/兩相變換將三相坐標(biāo)系中的電流變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的電流，變換公式為(4-1)然后再經(jīng)過兩相靜止坐標(biāo)到兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換，得到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中電流，變換公式為(4-2)經(jīng)過這樣變換后，以產(chǎn)生相同的磁動勢為準(zhǔn)則，在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流最后可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流。交流電機(jī)就等效成了直流電機(jī)。圖4-2三相定子坐標(biāo)系到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換結(jié)構(gòu)(2)從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系經(jīng)過兩相旋轉(zhuǎn)變換到兩相靜止坐標(biāo)系再經(jīng)過2/3變換到三相定子坐標(biāo)系的變換結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。首先，經(jīng)過兩相旋轉(zhuǎn)變換將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流變換為兩相靜止坐標(biāo)系下的電流，變換公式為(4-3)然后再經(jīng)過2/3變換，變換到三相定子坐標(biāo)系中，形成三相電流，變換公式為(4-4)經(jīng)過這樣變換后，可以通過求得直流電機(jī)的控制量再經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，來控制異步電動機(jī)，收到良好效果，變換結(jié)構(gòu)如圖所示圖4-3同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到三相定子坐標(biāo)系的變換結(jié)構(gòu)(3)電流調(diào)節(jié)器采用滯環(huán)比較器，其結(jié)構(gòu)圖如圖4-4所示。圖4-4電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)圖(4)在轉(zhuǎn)矩給定指令值Tetra計算模塊中，結(jié)構(gòu)圖4-5如下，其參數(shù)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系列于其后圖4-5轉(zhuǎn)矩給定指令值計算模塊結(jié)構(gòu)圖其中參數(shù)為(5)在定子電流轉(zhuǎn)矩分量計算模塊中，結(jié)構(gòu)圖4-6如下，其參數(shù)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系列于其后圖4-6定子電流轉(zhuǎn)矩分量計算模塊結(jié)構(gòu)圖其中參數(shù)為(6)在磁通量計算模塊中，結(jié)構(gòu)圖4-7如下，其參數(shù)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系列于其后圖4-7磁通量計算模塊圖其中參數(shù)為(7)在定子電流勵磁分量計算模塊中，結(jié)構(gòu)圖4-8如下，其參數(shù)和相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系列于其后圖4-8定子電流磁分量計算結(jié)構(gòu)圖其中參數(shù)為4.4仿真結(jié)果及分析在SIMULINK環(huán)境下雙擊Scope模塊，可以得到如下仿真圖形，從上到下依次為電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速波的仿真圖形。圖4-9PWM電壓波形圖圖4-10電流波形圖圖4-11旋轉(zhuǎn)磁場波形圖圖4-12轉(zhuǎn)矩波形圖圖4-13轉(zhuǎn)速波利用圖4-1所示仿真模型對異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的原理進(jìn)行仿真研究。在電動機(jī)的測量模塊Demux中選擇電動機(jī)的定子三相電流、電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩以及角速度為測量對象，另外利用電壓測量模塊Vab檢測電機(jī)的定子線電壓。三相電動機(jī)的參數(shù)如下：額定功率3.7kw；線電壓380V；額定頻率60Hz；定子內(nèi)阻0.087Ω；轉(zhuǎn)子漏感34.7mH；極對數(shù)為2。速度控制器的參數(shù)如下：積分增益=26，比例增益=13，輸出轉(zhuǎn)矩極限值為300N·m。電流調(diào)節(jié)器采用滯環(huán)型的PWM控制器，滯環(huán)寬度為20。從仿真結(jié)果圖中可以看出在開始啟動瞬間，定子電流的峰值可達(dá)到450A，在恒轉(zhuǎn)矩啟動階段，定子電流基本保持在約150A。恒轉(zhuǎn)矩啟動階段的時間大約是0.8s。在恒轉(zhuǎn)矩階段，轉(zhuǎn)矩保持在極限值300N·m，這個極限值是在速度調(diào)節(jié)器參數(shù)表中設(shè)定的。轉(zhuǎn)速約在1.2s時上升到最大值，在約3.6s時達(dá)到穩(wěn)態(tài)值，穩(wěn)定轉(zhuǎn)子角速度為160rad／s。4.5本章小結(jié)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電機(jī)本身是一個非線性、強(qiáng)耦合、高階次的控制對象。本設(shè)計用SIMLINK直接畫出仿真的系統(tǒng)方框圖，完成控制系統(tǒng)的輸入與仿真分析，給定一個轉(zhuǎn)矩，然后看轉(zhuǎn)速，電流的相關(guān)變化。REF_Ref168484640\r\h錯誤！未找到引用源。REF_Ref168484646\h錯誤！未找到引用源。PAGE46結(jié)論本文對異步電機(jī)CFPWM-FOC系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并做了MATLAB/SIMULINK仿真。現(xiàn)在將所做的研究結(jié)果總結(jié)如下：(1)通過對異步電機(jī)CFPWM-FOC系統(tǒng)基本原理進(jìn)行分析和闡述，在對不同坐標(biāo)系變換算法進(jìn)行解釋的同時也建立了異步電機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。(2)在介紹矢量控制方法的磁場定向原理轉(zhuǎn)子磁鏈計算方法后，給出了按轉(zhuǎn)子磁場定向的一步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。(3)給出了矢量控制算法中主要算法的仿真模型和仿真示例，并對總控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。結(jié)論謝辭在本文即將完成之際，作者衷心的向曾教導(dǎo)我的師長、幫助支持我的同學(xué)和朋友，致以最誠摯的謝意。首先感謝我的指導(dǎo)老師姬宣德老師。在我畢業(yè)設(shè)計過程中，我為能遇到這樣一位好老師而深感慶幸。姬老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實的工作作風(fēng)和樸實的人生風(fēng)格，一直都在熏陶著我，我所取得的點滴進(jìn)步，無不凝聚著導(dǎo)師的大量心血，在論文完成之際，對姬老師在設(shè)計上給予我的無私幫助深表謝意。其次，我向幫助支持我的同學(xué)和朋友，致以深深的感謝，他們在我畢業(yè)設(shè)計過程中也熱心的向我伸出援助之手。最后，讓我再一次向他們表示感謝。附錄PAGE16參考文獻(xiàn)王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù).（第5版）.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009許大中，賀益康.電機(jī)控制.杭州：浙江大學(xué)出版社.1999.48-104阮毅，陳伯時.電機(jī)拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng).(第4版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009劉衛(wèi)國.MATLAB程序設(shè)計與應(yīng)用.（第2版）.北京:高等教育出版社，2006薛定宇.控制系統(tǒng)仿真與計算機(jī)輔助設(shè)計.（第2版）.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008洪乃剛.電力電子，電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002李漢強(qiáng).矢量控制異步電機(jī)等效電路及其參數(shù)變化因素分析.武漢交通科技大學(xué)學(xué)報.1999，23（5）：469-472張惠萍.異步電機(jī)智能矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究.江南大學(xué).2004祝龍記，王汝琳.基于S函數(shù)的異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真建模計算機(jī)仿真.2004，21（10），52-53王立新，周順榮.一種改進(jìn)的異步電機(jī)矢量控制方法.中小型電機(jī).2005，32（6）:14-17胡崇岳.現(xiàn)代交流調(diào)速技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.1998.9賈正春，許錦興.電力電子學(xué).武漢：華中理工大學(xué)出版社，1993王海峰，任章.異步電機(jī)矢量變換控制系統(tǒng)MATLAB/SIMULINK仿真.電氣傳動自動化.2003，25（4）：23-25黃孫偉，趙鋼.基于SIMULINK的交流異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的仿真.天津理工學(xué)院學(xué)報.2004，20（4）：89-91周榮政.用MATLAB/SIMULINK進(jìn)行交流調(diào)速系統(tǒng)的仿真.湖北工學(xué)院學(xué)報.1998，13（3），73-77外文資料翻譯Three-phaseAsynchronousMotorIntroduction1.Three-phaseAsynchronousMotorPrincipleIntosymmetricalthree-phasealternatingcurrentthroughthethree-phasestatorwinding,itproducesarotatingmagneticfieldofasynchronousspeedn1forclockwiserotationalongthecircularspacewithinthestatorandrotor.Astherotatingmagneticfieldn1speedrotation,therotorconductorisstationary,sotherotorconductorscuttingthestatorrotatingmagneticfieldandtheinducedelectromotiveforce(thedirectionoftheelectromotiveforceoftheright-handruletodetermine).Conductoratbothendsofthederivationisshort-circuitringshort,theroleoftheinducedelectromotiveforce,therotorconductorswillproducebasicallythesamewiththedirectionoftheinducedelectromotiveforceinducedcurrent.Current-carryingconductorsoftherotorinthestatormagneticfieldbytheelectromagneticforcetheforcedirectionwiththelefthandruletodetermine.Torqueontherotoraxis,therotationdriverotoralongrotatingmagneticfielddirection.Throughtheaboveanalysiscanbesummarizedasthemotorworksasfollows:Whenthethree-phasestatorwindingsofthemotor(adifferenceof120degreeseachelectricalangle),passintothethree-phasealternatingcurrent,willproducearotatingmagneticfield,therotatingmagneticfieldcutstherotorwinding,whichintherotorinducedcurrentinthewindings(rotorwindingsoftheclosedpath),current-carryingrotorconductorsinthestatorrotatingmagneticfieldwillgenerateelectromagneticforce,electromagnetictorqueonthemotorshaft,therotationofthedrivemotorandthemotorrotationdirectionandtherotatingmagneticfieldthesamedirection.2.Three-phaseasynchronousmotorfailureanalysisandprocessingmethodsIsanintegralpartofthemotorwindings,aging,moisture,heat,erosion,dustanddebris,theimpactofexternalforcescancausedamagetothewindings,motoroverload,undervoltage,overvoltage,missingrunningcanalsocausewindingfailure.Windingfailuresaregenerallydividedintowindinggrounding,shortcircuit,andopencircuitwiringerror.Describefaultphenomena,thecausesandinspectionmethods.First,thewindinggrounded1,failurephenomenonLivechassis,controllinesoutofcontrol,windingshort-circuitheat,causingthemotorcannotrunnormal.2,causesWindingdamptheinsulationresistancedropthemotorlongoverloadTherunharmfulgasestocorrosionmetallicforeignbodyintrusionwindinginternaldamagetotheinsulationtherewindthestatorwindinginsulationdamagetotouchthecorethewindingendtouchtheendcapmachine,Block,rotorfrictioncausedbytheinsulationburnsinsulationdamagepinoutshellcollidetheover-voltage(e.g.,lightning)sothattheinsulationbreakdown.3,Inspectionmethods(1)Observation.Observewhetherthedamageandcharredmarks,ifanyistotakeplacebytheendofthevisualwindingandinsulationtrouncing.(2)Amulticentertochecklaw.Lowresistanceprofiletocheckwithamulticenter,thereadingisverysmall,isnotgrounded.(3)ThemeagerAct.Eachgrouptheresistanceoftheinsulationresistancemeasuredaccordingtothedifferentlevelsusedifferentmeager,ifthereadingiszero,saidthewindinggrounddamp,butthemotorinsulationbreakdownoraccident,theneedbasedonexperiencetodetermine,ingeneral,pointerinthe"0"attheswingfromtimetotime,canbeconsideredtohaveacertainresistancevalue.(4)Thetestlampmethod.Ifthepilotlightislit,itshowsthewindinggrounded,foundsomewherewithsparksorsmoke,theDepartmentforthewindinggroundfaultpoint.Ifthelightmicro-brightinsulatedgroundingbreakdown.Alsoavailablehardwoodtapping,knockingtheedgeoftheMouthoftheshelltoaplaceoffabrightdescriptionofthecurrentpassoff,thenthereisground.(5)Currentthroughthefiring.Avoltageregulatingtransformer,connectthepower,thenplaceheatsupquickly,thesmokeoftheinsulationistotakeplace.Shouldpayparticularattentiontothesmallmotorshallnotexceedtwicetheratedcurrent,nomorethanhalfaminutemotorratedcurrent20%-50%orgraduallyincreasingthecurrenttothegroundpointisjustsmokeoffimmediately.(6)Groupingeliminated.Groundintheheartofthecoreandburningmorepowerful,theburningofcopperwiretogetherwiththecoremelt.Themethodusedwasgroundedaphasewindingdividedintotwohalves,andsoon,andfinallyfindoutthegroundpoint.Inaddition,thehighvoltagetestmethod,needleheuristicsFrequencyVibrationmethod,hereintroducedonebyone.4,approach(1)Thewindingcausedbydampgroundshouldfirstbedried,whencooledtoabout60-70°C,pouredinsulatingpaintandthendrying.(2)Endofthewindinginsulationdamageinthegroundatthere-insulationtreatment,painting,andthendrying.(3)Windingtakeplaceinthetankshouldbere-woundwindingorreplacementofpartofthewindingcomponent.Finallyapplyadifferentmeagertomeasure,meetthetechnicalrequirementscanbe.Two,windingshort-circuitAsthemotorcurrentistoolarge,thechangesinthesupplyvoltageistoolarge,single-phaseoperation,mechanicalbumpscreatebadcauseinsulationdamageactions,sub-windingintertermshortcircuit,shortcircuitbetweenwindings,thewindingisveryshortandwindingphaseshortcircuit.1,FailurephenomenonThemagneticfieldoftheiondistributionisuneventhree-phasecurrentunbalancevibrationandnoisewhenleavingthemotorrunningintensified,seriousmotorcannotstartalotofshort-circuitcurrentintheshort-circuitcoil,resultinginrapidheatingcoilandburned.2,CausesMotorlong-termoverload,sothatinsulationaginglostcausemoisturetomakeinsulationdamagewindinginsulationresistancetofallcausinginsulationbreakdownendandinter-layerinsulationmaterials,nopadorplasticdamageendofthecableinsulationisdamagedinsulationembeddingtoovervoltageorstruckbylightningsothatfrictionbetweentherotorandthestatorwindingendinsulationbreakdowncausedbyinsulationtodamagemetallicforeignbodyintoomanyfallintothemotorinteriorandoil.3,Inspectionmethods(1)Externalobservation.Observethejunctionbox,thewindingendwhetherthecharredwindingoverheatingafterleavingadarkbrown,andsmell.(2)Theprobetemperaturecheck.20minutesno-loadoperation(exceptionshouldimmediatelystop),andwindingbackofthehandtotouchthevariouspartsisgreaterthannormaltemperature.(3)Powerexperiment.Aphasecurrentistoolarge,thephaseshortcircuitatthecurrentmetermeasurement.(4)Bridgeinspection.MeasuringwindingDCresistance,thegeneraldifferenceshouldnotexceed5%ormore,ifmorethantheresistanceissmallonephaseshort-circuitfault.(5)Short-circuitdetectorsAct.Themeasuredwindingshortcircuit,thesteelwillproducevibration.(6)MulticentermeagerFrance.Measureanytwo-phasewindingsandwhiteinsulationresistance,ifthereadingisverysmallorzero,thetwo-phasewindingandwhiteshortcircuit.(7)Thevoltagedropmethod.Threewindingsinseriespassintothelowpressuresafetyalternatingcurrent,measuredbyreadingthesmallgroupofshort-circuitfault.(8)Thecurrentmethod.Motorno-loadoperation,thefirstmeasurementofthephaseintheexchangeoftwo-phasemeasurementandcomparison,ifnotchangewiththepowerexchange,alargercurrentphasewindingshortcircuit.4,Short-circuitapproach(1)Short-circuitintheend.Availableinsulatingmaterialswillbeseparatedbytheshortcircuitpoint,canalsobere-packagetheinsulatedwire,andthenpaintthere-drying.(2)Short-circuitlinetank.Toidentifytheshort-circuitpointtosoftenrepair,backintothetrough,andthenpaintdrying.(3)Theshortrouteturnsoflessthan1/12ofeachphasewinding,seriesturns,cutoffallshortline,theconductionpartoftheconnection,formaclosedloopsupplyurgentuse.(4)Windingshort-circuitpointturnsover1/12toremovetherewind.Third,thewindingshortcircuitAsbadweldingortheuseofcorrosivefluxes,weldingandthendidnotclean,itmaycausethepotweldingorloosesubjecttomechanicalstressorcollision,whenthecoilshort-circuit,shortcircuitandgroundfaultcanmakethewireburned,andburnafewthereisashortcircuitofoneorafewwiresinthewire,anotherafewwires,duetotheincreaseofthecurrentriseintemperature,causingthewindingfeverandcircuit.Generallydividedintoaphasewindingendofthebreak,intertermshortcircuit,parallelslipatopencircuit,wiresandburnedinanopencircuit,brokenrotorcage.1,FailurephenomenonThemotordoesnotstart,three-phasecurrentimbalance,abnormalnoiseorvibration,temperatureexceedstheallowablevalueorsmoke.2,CausesTouchofftherepairandmaintenanceormanufacturingqualityproblem.(1)Windingcomponents,pole(phase)groupandthewindingandleadwiringandotherwiringheadweldingadverselong-runningoverheatedsealingoff.(2)Ofthemechanicalforceandelectromagneticforcetomakethewindingdamageorpulloff.(3)Turnsorshortcircuitbetweenphasesandgroundcausedbythewindingbadlyburnedorfuse.3,Inspectionmethods(1)Observation.Themajorityofbreakpointsoccurinthewindingend,toseewhetherthetouchfoldingjointsoutwithorwithoutsealingoff.(2)ThemulticenterFrance.Resistanceprofile,"Y"shapedconnectionrodwillbeatableconnectedtothefirstsideoftheY'shapedcenter,theotherinturnconnectedtothethree-phasewinding,theinfinityofaphasebreakpoints△"typeofthemethodofshort-openconnections,respectively,measuredineachgroupwindinginfinitycomparedtothetrippoint.(3)Testlampmethod.Methodwiththeformernotthebrightestphaseofthecircuit.(4)ThemuggersAct.Aphaseresistancetendstoinfinity(i.e.,non-zerovalue)fortheopencircuitpoint.(5)TheammeterFrance.Whenthemotorisrunning,theammetermeasuringthreecurrent,three-phasecurrentimbalance,norshort-circuited,thecurrentsmalleronephasewindingshortcircuitfault.(6)Bridgemethod.Whenaphaseresistanceofthemotorthantheothertwo-phaseresistance,indicatingthatthephasewindingpartoftheopencircuitfailure(7)Thecurrentbalancemethod.Fora"Y"connectioncanbethree-phasewindingsinparallel,whichleadstoalowvoltagehighcurrentAC,ifthecurrentdifferenceofgreaterthan10%inthethree-phasewinding,thecurrentsmallendofforcircuitfor"△connectionofacontactofthefirststatorwindingapart,andthenbythesameintothelow-voltagehigh-current,includingthecurrentonephasecircuit.(8)offthecageDetectorInspectionAct.Inspection,ifbrokenrotorcage,themillvoltmeterreadingsshouldbereduced.4,circuitapproach(1)Circuitintheend,connecttheweld,wrappedininsulatingmaterialfittedwithinsulatedpipe,goodbanding,andthendrying.(2)Windingintertermshortcircuitbetweenphasesandgroundofreasonandcausewindingbadlyburnedshouldgenerallybereplacedwithnewwinding.(3)Onthetrippointsinthetank,afewbreakpointsdoemergencytreatment,usingablockeliminationmethodtoidentifythebreakpoint,andwindingofftheMinistryofconnectionandinsulationqualified.(4)Cageofbrokenrotorcagecanbewelding,coldconnectionorchangetherepairofTreatyandLaw.WindingawrongWindingfaultcausedbytherotatingmagneticfield,resultingindifficultyinstarting,three-phasecurrentimbalance,noiseandothersymptoms,seriousifnotpromptlyprocessingwillburnthewinding.Thefollowingsituations:apolarphaseofaphasewinding,