電氣傳動課程設計

電氣傳動控制系統(tǒng)課程設計成績評定表姓名學號專業(yè)班級課程設計題目：直流調速系統(tǒng)設計及仿真和矢量控制變頻調速系建模與仿真課程設計答辯記錄：1．采用比例積分調節(jié)器控制的電壓負反饋調速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度是否有靜差？為什么？試說明理由。答：采用比例積分調節(jié)器控制的電壓負反饋調速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度是無靜差的。電壓負反饋實際是一個自動調壓系統(tǒng)，只有被包圍的電力電子裝置內阻引起的穩(wěn)態(tài)速降被減小到1/（1+K），它的穩(wěn)態(tài)性能比帶同樣放大器的轉速負反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原理與轉速負反饋類似。它與轉速負反饋一樣可以實現無靜差調節(jié)。2.晶閘管-電動機系統(tǒng)需要快速回饋制動時，為什么必須采用可逆線路？答：當電動機需要回饋制動時，由于反電動勢的極性未變，要回饋電能必須產生反向電流，而反向電流是不可能通過VF流通的，這時，可以通過控制電路切換到反組晶閘管裝置VR，并使它工作在逆變狀態(tài)，產生逆變電壓，電機輸出電能實現回饋制動。成績評定及依據：課程設計考勤情況（20%）：課程設計答辯情況（30%）完成設計任務報告規(guī)范性（50%，其中直流系統(tǒng)部分占60%，交流部分占40%）：最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）：-指導教師簽字：目錄摘要 摘要本文介紹了直流調速系統(tǒng)的設計方法，采用的是雙閉環(huán)控制，而且為速度環(huán)。而直流調速系統(tǒng)調速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術領域中，相當長時期內幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)是直流調速控制系統(tǒng)中發(fā)展得最為成熟，應用非常廣泛的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應快、抗干擾能力強等優(yōu)點。我們知道反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉速負反饋和PI調節(jié)器的單閉環(huán)的調速系統(tǒng)可以再保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現轉速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求起制動、突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉矩。在單閉環(huán)系統(tǒng)中，只有電流截止至負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的。本文以交流三相異步電動機無速度傳感器矢量控制理論的研究作為課題,綜述了矢量控制和無速度傳感器矢量控制技術的發(fā)展狀況和研究的意義,并且闡述了矢量控制原理，用MATLAB作為仿真工具，對電機模型和電壓空間矢量法逆變模型作了仿真研究,且能與其它模型構成閉環(huán)系統(tǒng)，為研究無速度傳感器矢量控制理論提供了基礎。建立無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)并進行仿真研究，利用傳統(tǒng)算法對無速度傳感器矢量控制系統(tǒng)進行速度辨識。利用MATLAB和PowerSystem工用具箱進行矢量變頻速系統(tǒng)建模。通過建立矢量變頻調速系統(tǒng)的仿真模型，進行參數設置。做出仿真結果。關鍵詞：雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)、調節(jié)器、晶閘管、矢量變頻調速系統(tǒng)、Matlab仿真AbstractThisarticlethatformulatesthesignificanceofdevelopmentstatusandresearchofthevectorcontrolandsensorlessvectorcontrolandthetheoryofthevectorcontrol，usingMATLABassimulatingtooltostudythemodelsoftheinductionmotorandthespacevectorpulsewidthmodulationonwhichtheresearchofsensorlessvectorcontrolisbased，takestheResearchofSensorlessVectorControlofInductionMotorsasthesisname.Applyingconditionalarithmeticsuccessivelytosensorlessvectorcontrolofinductionmotorssystemaccomplishestheestimateofmotorspeedbysettingupthesystemanddiscussionofsimulatingresult.Thethesishasanbasedonthespacevectorpulsewidthmodulationandspecifiesseveralkindsofarithmeticaboutestimateofspeed，whichanalysesanddiscussesthecontrolproblemsofvectorcontrolsystemunderthecommonlyarithmetic,andworksoutthefeasiblesimulatingresults.Andthengivesasystembasedonspacevectorpulsewidthmodulation.Thethesiswhichdoesaresearchonthesimulationofsensorlessvectorcontrolsystem，andsolvessensorbasedestimateofmotorspeed，andimprovesthecontrolprecisionandtheorybytheuseofvectorcontrolsystem，providestheoryguideforexploitationofhardwareofsensorlessvectorcontrolsystem.Keywords:doubleclosedloopdirectcurrentspeedcontrolsystem,regulators,thyristor,handinhandinvariablefrequencyspeedregulationsystem,Matlabsimulation.一直流部分1引言直流調速是交流拖動系統(tǒng)的基礎。隨著單片機技術的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能?？刂齐娐酚兄饕蛇\算放大器構成，采用較普遍的改變直流電動機電樞電壓和改變勵磁電流的方法進行調速。壓敏電阻、阻容保護電路的應用對電路起到了較好的保護，先進的三相橋式全控整流電路供電穩(wěn)定可靠，對系統(tǒng)的性能起到了一定的促進作用。隨著單片機技術的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。此次設計主電路采用晶閘管三相全控橋整流電路供電方案，鎖零單元和電流自適應調節(jié)器等，系統(tǒng)中有速度調節(jié)器、電路實現，觸發(fā)器、鎖零單元和電流自適應調節(jié)器等。電機有三種調節(jié)電動機轉速的方法：1）調節(jié)電樞供電電壓U；2）減弱勵磁磁通；3）改變電樞回路電阻R。2系統(tǒng)總體結構設計和方案選擇2.1調速方案的選擇本次設計選用的電動機型號Z2-82型，其具體參數如下表2-1所示表2-1Z2-82型電動機具體參數電動型號PN(KW)UN(V)IN(A)NN(r/min)Ra(Ω)GDa2（Nm2）P極對數Z2-823523015214500.431.3612.2電動機供電方案的選擇因調速精度要求較高，故選用轉速負反饋調速系統(tǒng)。并設有電流反饋，以提高電機的動態(tài)快速性以及進行限流保護。與電動機同軸安裝一臺測速發(fā)電機TG，從而引出與被調量轉速成正比的負反饋電壓nU，與給定電壓*nU相比較后，得到轉速偏差電壓nU?，經轉速調節(jié)器放大后，作為電流調節(jié)器的給定，與電流反饋信號相減后得到電流偏差iU?，經電流調節(jié)器放大后，去控制觸發(fā)器的導通角，從而改變輸出電壓，達到變壓調速的目的?？紤]使電路簡單、經濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管經濟，量輕，損耗小。而且工作可靠，效率高。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。2.3調速系統(tǒng)方案的選擇一般說來，對晶閘管整流裝置在整流器功率很小時（4KW以下），用單相整流電路，功率較大時用三相整流電路。這樣可以減小負載電流的脈動。由于所提供的電動機為10KW。故主電路采用三相整流電路。在三相整流電路中，主要有三相零式整流電路、三相全控橋式整流電路和三相半控橋式整流電路。三相零式電路突出的優(yōu)點是電路簡單，用的晶閘管少，觸發(fā)器也少，對需要220V電壓的用電設計直接用380V電網供電，而不需要另設整流變壓器。但缺點是要求晶閘管耐壓高，整流輸出電壓脈動大，需要平波電抗器容量大，電源變壓器二次電流中有直流分量，增加了發(fā)熱和損耗。因零線流過負載電流，在零線截面小時壓降大。而三相全控橋式整流電路，在輸出電流和電壓相同時，電源相電壓可較三相零式整流電路小一半。因此顯著減輕了變壓器和晶閘管的耐壓要求。變壓器二次繞組電流中沒有直流分量，種用率高。輸出整流電壓脈動小，所以平波電抗器容量就可以小一些。三相全控橋式整流電路的缺點是整流器件用得多，需要六個觸發(fā)電路，需要220V電壓的設備也不能用380電網直接供電，而要用整流變壓器。三相半控橋式整流電路，雖然只用三只晶閘管、三個觸發(fā)電路，但整流輸出電壓脈動大，且不能用于需要有源逆變的場合。如圖2-1所示。把轉速調節(jié)器的輸出當做電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結構上看，電流環(huán)在里面，稱做內環(huán)；轉速環(huán)在外邊，稱做外環(huán)。這就形成了轉速、電流反饋控制直流調速系統(tǒng)（以下簡稱雙閉環(huán)系統(tǒng)）。為了獲得良好的動態(tài)性能，轉速和電流兩個調節(jié)器一般都采用PI調節(jié)器。圖2-1轉速、電流反饋控制的直流調速系統(tǒng)原理圖在本設計中，采用的是轉速電流反饋控制的直流調速系統(tǒng)。主電路選用三相全控橋式整流電路。又由于電動機的額定電壓為220V，為保證供電質量，應采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負反饋應該能夠得到近似的恒流過程。此次采用的是轉速電流反饋控制的直流調速系統(tǒng)。2.4總體結構設計一般說來，對晶閘管整流裝置在整流器功率很小時，用單相整流電路，功率較大時用三相整流電路。這樣可以減小負載電流的脈動。在三相整流電路中，主要有三相零式整流電路、三相全控橋式整流電路和三相半控橋式整流電路。三相零式電路突出的優(yōu)點是電路簡單，用的晶閘管少，觸發(fā)器也少，對需要220V電壓的用電設計直接用380V電網供電，而不需要另設整流變壓器。但缺點是要求晶閘管耐壓高，整流輸出電壓脈動大，需要平波電抗器容量大，電源變壓器二次電流中有直流分量，增加了發(fā)熱和損耗。因零線流過負載電流，在零線截面小時壓降大。而三相全控橋式整流電路，在輸出電流和電壓相同時，電源相電壓可較三相零式整流電路小一半。因此顯著減輕了變壓器和晶閘管的耐壓要求。采用轉速電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實行串級聯接，這樣就可以實現在起動過程中只有電流負反饋，而它和轉速負反饋不同時加到一個調節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，只靠轉速負反饋，不靠電流負反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的起動過程有三個特點：1）飽和非線性控制。隨著ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現為不同結構的線性系統(tǒng)，不能簡單地用線性控制理論來分析整個起動過程，也不能簡單地用線性控制理論來籠統(tǒng)地設計這樣的系統(tǒng)，只能采用分段的方法來分析。2）轉速超調。當轉速調節(jié)器ASR采用PI調節(jié)器時，轉速必然有超調。轉速略有超調一般是允許的，對于完全不允許的情況，應采用別的控制措施來抑制超調。3）準時間最優(yōu)控制。在設備物理上允許的條件下實現最短時間的控制稱作“時間最優(yōu)控制”，對于調速系統(tǒng)，在電動機允許過載能力限制下的恒流起動，就是時間最優(yōu)控制。3主電路設計與參數計算3.1一次、二次相電流I1、I2的計算經表查得=0.816,=0.816考慮變壓器勵磁電流有如下公式得：=A=23.27A=A=67.36A3.2變壓器二次側電壓U2的計算對于選這個參數很重要，選擇過大又會造成延遲角α則會變大，功率因數會變小，整流元件的耐壓升高。一般可按下式計算：（3-1）上式中—整流電路輸出電壓最大值；—主電路電流回路n個晶閘管正向壓降；C—線路接線方式系數；—變壓器的短路比，對10～100KVA，=0.05～0.1；/—變壓器二次實際工作電流與額定之比，應取最大值。在要求不高場合或近似估算時，可用下式計算，即：（3-2）1~1.2—考慮各種因數的安全系數；根據設計要求，采用公式：(3-3)由表查得A=2.34；取ε=0.9；α角考慮10°裕量，則B=cosα=0.995取=125V。電壓比K為/=380/125=3.05。3.3變壓器容量的計算；（3-4）；（3-5）；（3-6）上面式中m1、m2為一次側與二次側繞組的相數；由表查得m1=3，m2=3=3×380×23.27=26.54KVA=3×125×67.36=25.28KVA=1/2（26.53+25.26）=25.94KVA取=30KVA3.4晶閘管元件的選擇3.4.1晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值大于實際流過管子電流最大有效值，即:=1.57>或>==K考慮到（1.5～2）倍的裕量=A=A取=50A。故選晶閘管的型號為KP50-7。3.4.2晶閘管的額定電壓晶閘管實際承受的最大峰值電壓，并考慮（2～3）倍的安全裕量，參照標準晶閘管電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓，即=（2～3）在三相全控橋式整流電路，每個晶閘管所承受的最大峰值電壓為，則==V=V（3-7）取=800V。3.5晶閘管保護環(huán)節(jié)的計算晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點。設計晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護措施。正確的保護是晶閘管裝置能否可靠地正常運行的關鍵。3.5.1過電流保護系統(tǒng)中用電流截止反饋環(huán)節(jié)作限流保護外，用過電流繼電器切斷故障電流。（1）過電流繼電器的選擇根據負載電流為82.55A，可選用吸引線圈電流為150A的JL14-11ZS型手動復位直流過電流繼電器，整流電流可取1.25A。（2）快速熔斷器的選擇接有電抗器的三相全控橋電路，通過晶閘管電流有效值IT=Id/1.732=82.55A/1.732=47.7A,故選用RLS-50的熔斷器，熔體電流為50A。3.5.2過電壓保護以過電壓保護的部位來分，有交流側過壓保護、直流側過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。（1）交流側過電壓保護阻容保護即在變壓器二次側并聯電阻R和電容C進行保護。本系統(tǒng)采用D-Y連接。S=25.90kvA,U2=125VIem取值：當S≥10KVA時，取Iem=4。=μF=39.78μF耐壓≥1.5Um=1.5×125×=459.28V選取50μF,耐壓265.13V的CZDJ-2型金屬化紙介電容器。取=5V，==1.6Ω，取R=2Ω==1.96A=W=W選取2、25W的金屬膜電阻。壓敏電阻的計算=V=398V流通量取5KA。選MY31-400/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（440V）。（2）直流側過電壓保護直流側保護可采用與交流側保護相同保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成加大。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護。=(1.8～2.2)×230V=414～506V選MY31-450/5型壓敏電阻。允許偏差+10％（495V）。3.7平波電抗器的計算稱平波電抗器的作用是使直流負載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器。電抗器參數計算主要是電感量的計算。（1）算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計算，單位mH。（3-11）式中為與整流電路形式有關的系數，可由表查得；為最小負載電流，常取電動機額定電流的5％～10％，這里取8%計算。根據本電路形式查得=0.695所以=0.08=0.08×82.55A=6.6A=mH=13.16mH限制輸出電流脈動的臨界電感量其取值范圍與電壓電流等參數有關，因此可用下式計算（3-12）式中—系數，與整流電路形式有關，—電流最大允許脈動系數，通常三相電路≤（5～10）％。取=8%。根據本電路形式查得=1.045,所以==19.78mH（3）電動機電感量和變壓器漏電感量的計算電動機電感量可按下式計算（3-13）式中、、n—直流電動機電壓、電流和轉速，常用額定值代入；快速無補償電動機取6～8，有補償電動機取5～6。根據設計要求，取=10、=230V、=82.55A、n=1450r/min、p=1=mH=9.61mH變壓器漏電感量（單位為mH）可按下式計算（3-14）查表可得—變壓器的短路比，一般取5～10，式中—計算系數。本設計中取=3.9、=6所以=mH=0.35mH。4觸發(fā)電路選擇根據設計要求，選用集成觸發(fā)電路。觸發(fā)集成芯片采用目前比較常用的KC系列。典型應用電路如圖4-1所示。元件組成6路依次相差60°的觸發(fā)脈沖，并從其第8引腳引入三相電網電壓，實現6路脈沖與電網電壓的同步。KC42主要是用于電網電壓波形的補償，從而使同步脈沖更加準確，減小了電網電壓波形對觸發(fā)脈沖的影響。從產品目錄中查得晶閘管的觸發(fā)電流為＜250mA,觸發(fā)電壓。由已知條件可以計算出圖4-1由KC04、KC41、KC42組成的集成觸發(fā)脈沖產生電路，圖4-1由KC04、KC41、KC42組成的集成觸發(fā)脈沖產生電路V=7.24V。因為=7.24V，3V，所以觸發(fā)變壓器的匝數比為取3:1。設觸發(fā)電路的觸發(fā)電流為250mA，則脈沖變壓器的一次側電流只需大于250/3=83.3mA即可。這里選用3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數.完全能滿足要求。5控制電路的設計與計算5.1給定環(huán)節(jié)的選擇最大輸出電壓為40V。三端固定集成穩(wěn)壓器在使用時，要根據輸出電壓的正、負選擇7800系列或7900系列。7800系列是正穩(wěn)壓器，7900系列是負穩(wěn)壓器.這里選用CM7908和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源。使用三端固定穩(wěn)壓器需要注意：在穩(wěn)壓器中，Iomax是穩(wěn)壓器能夠輸出的最大電流，在使用中不能超出此值，否則將燒毀穩(wěn)壓器。電源變壓器次級交流電經整流濾波得到的最大直流電壓不能大于集成穩(wěn)壓器的最大輸入電壓，否則容易擊穿穩(wěn)壓器，但同時又不能小于穩(wěn)壓器的最小輸入電壓，一般兩者之差在4~6V即可。穩(wěn)壓器內部使用時間過長仍然會發(fā)熱，所以為安全起見，一般要加一定面積的散熱片。6.直流調速系統(tǒng)的控制理論6.1雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖1.確定時間常數（1）整流裝置滯后時間常數Ts。由設計要求，裝置延長時間Ts=0.0017s（2）電流濾波時間常數Toi。取Toi=0.002s（3）電流環(huán)小時間常數之和。按小時間常數近似處理,取=Ts+Toi=0.00377系統(tǒng)MATLAB仿真采用Simulink工具箱中的PowerSystem模塊組成的轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)如圖7-1所示。模型由晶閘管-直流電動機組成的主回路和轉速、電流調節(jié)器組成的控制回路兩部分組成。其中的主電路部分，交流電源、晶閘管整流器、觸發(fā)器、移相控制環(huán)節(jié)和電動機等環(huán)節(jié)使用PowerSystem模型庫的模塊?？刂苹芈返闹黧w是轉速和電流兩個調節(jié)器。模型中轉速反饋和電流反饋均取自電動機測量單元的轉速和電流輸出端，減小了測速和電流檢測環(huán)節(jié)，這不會影響仿真的真實性。電流調節(jié)器ACR的輸出端其后面的環(huán)節(jié)運算后，得到移相控制電壓，去控制整流橋的輸出電壓。而電流調節(jié)器ACR的輸出限幅就決定控制角的最大和最小限制7.1系統(tǒng)的建模與參數設置7.1電流環(huán)的仿真電流環(huán)的仿真模型如圖7-1所示，其中晶閘管整流裝置輸出電流可逆。圖7-1電流環(huán)的仿真模型在仿真模型中增設了一個飽和非線性模塊,它來自于Discontinuities組，雙擊改模塊，把飽和的上界和下界參數分別設為+10和-10。選中Simulink模塊窗口的Simultion—ConfigurationParameters菜單項，起動仿真過程，用得到如圖7-2所示的電流環(huán)的仿真結果曲線。圖7-2電流環(huán)的仿真結果7.2轉速環(huán)的系統(tǒng)仿真轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括如圖7-3。在Starttime分別設為0s，Stoptime設為3s。圖7-3轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型當把階躍設置為10，得到的起動時的轉速與電流響應曲線如圖7-4最終穩(wěn)定運行于給定轉速。當把負載電流設置為82.55A，此時電機滿載起動，其轉速環(huán)滿載高速起動波形圖如圖7-5所示。圖7-4圖7-57.3仿真結果分析觀察圖7-2的曲線，電流快速變化到一個最高點，然后趨近恒定值。由于電流調節(jié)系統(tǒng)受到電動機反電動勢的擾動，在直流電動機的恒流升速階段，電流值低于。第2篇交流調速系統(tǒng)矢量控制變頻調速系統(tǒng)的建模與仿真矢量控制變頻調速原理圖2．矢量控制系統(tǒng)的基本思路在坐標變換章節(jié)中、iB、iC，通過三相/兩相變換可以等效成兩相靜止坐標系上的交流電流ia、ib，再通過同步旋轉變換，可以等效成同步旋轉坐標系上的直流電流id和iq。如果觀察者站到鐵心上與坐標系一起旋轉，他所看到的便是一臺直流電機，可以控制使交流電機的轉子總磁通Fr就是等效直流電機的磁通，如果把d軸定位于的方向上已經闡明，以產生同樣的旋轉磁動勢為準則，在三相坐標系上的定子交流電流iA，稱作M（Magnetization）軸，把q軸稱作T（Torque）軸，則M繞組相當于直流電機的勵磁繞組，im相當于勵磁電流，T繞組相當于偽靜止的電樞繞組，it相當于與轉矩成正比的電樞電流。把上述等效關系用結構圖的形式畫出來，便得到如下圖。從整體上看，輸入為A，B，C三相電壓，輸出為轉速w，是一臺異步電機。從內部看，經過3/2變換和同步旋轉變換，變成一臺由im和it輸入，由w輸出的直流電機。異步電機的坐標變換結構圖3/23/2VR等效直流電機模型ABCiAiBiCitimii異步電動機既然異步電機經過坐標變換可以等效成直流電機，那么，模仿直流電機的控制策略，得到直流電機的控制量，經過相應的坐標反變換，就能夠控制異步電機了。由于進行坐標變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標變換實現的控制系統(tǒng)就叫作矢量控制系統(tǒng)（VectorControlSystem），控制系統(tǒng)的原理結構如下圖所示?？刂破骺刂破鱒R-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*mi*tsi*i*i*Ai*Bi*CiAiBiCiiβimit~反饋信號異步電動機給定信號矢量控制系統(tǒng)原理結構圖3按轉子磁鏈定向的矢量控制方程及其解耦作用上述只是矢量控制的基本思路，其中的矢量變換包括三相/兩相變換和同步旋轉變換。在前述動態(tài)模型分析中，進行兩相同步旋轉坐標變換時，只規(guī)定了d，q兩軸的相互垂直關系和與定子頻率同步的旋轉速度，并未規(guī)定兩軸與電機旋轉磁場的相對位置，對此是有選擇余地的按轉子磁鏈定向?，F在d軸是沿著轉子總磁鏈矢量的方向，并稱之為M（Magnetization）軸，而q軸再逆時針轉90°，即垂直于轉子總磁鏈矢量，稱之為T（Torque）軸。這樣的兩相同步旋轉坐標系就具體規(guī)定為M，T坐標系，即按轉子磁鏈定向（FieldOrientation）的坐標系。按轉子磁鏈定向的意義。轉子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產生，與轉矩分量無關，從這個意義上看，定子電流的勵磁分量與轉矩分量是解耦的。Yr與ism之間的傳遞函數是一階慣性環(huán)節(jié)，時間常數為轉子磁鏈勵磁時間常數，當勵磁電流分量ism突變時，Yr的變化要受到勵磁慣性的阻撓，這和直流電機勵磁繞組的慣性作用是一致的。4變頻調速矢量控制的建模及仿真異步電動機變頻調速矢量控制的仿真模型。本節(jié)利用Matlab7.0/Simulink這個功能強大的仿真軟件對矢量控制變頻調速系統(tǒng)進行仿真研究，模型如附錄3所示:該矢量控制變頻調速仿真模型主電路主要由整流模塊、濾波模塊、逆變模塊、電機模塊組成；控制回路主要由3/2、2/3、轉子磁鏈與位置計算模塊、PWM產生模塊、速度調節(jié)模塊組成。對于交直流變頻調速的主電路，整流的功能用三相橋式不可控整流仿真模塊，逆變用IGBT構成三相逆變橋仿真模塊，電機模型利用電力系統(tǒng)模塊庫中的國際標準制模型。IGBT構成三相逆變橋仿真模塊，電機模型利用電力系統(tǒng)模塊庫中的國際標準制模型。2/3變換按照矩陣轉換公式變換，在仿真模型中封裝成子模塊，即DQ-ABC模塊，如圖3所示： 圖32/3變換仿真模塊速度PI調解器仿真模塊如圖4所示，勵磁電流PI調節(jié)仿真模塊與轉矩電流PI調節(jié)仿真模塊結構與速度PI調節(jié)仿真模塊相似，只是比例與積分參數不同。圖4速度PI調節(jié)器模塊為了便于測量波形，在仿真模型里設置了示波器Scope，用來測量異步電機的定子線電壓、線電流、轉速和電磁轉矩。5異步電動機變頻調速矢量控制仿真結果。利用附表3矢量控制變頻調速仿真模型進行仿真時選用的三相鼠籠異步電動機參數為：Pn=35KW,U1=460V,P=2,f=60Hz,J=1.662Kgm2,Rs=0.087Ω,L1s=0.8e-3H,Rr`=0.228Ω,L1r`=0.8e-3H,Lm=34.7e-3H.速度PI調節(jié)器參數為：Kp=13；Ki=26；勵磁電流PI調解器參數：Kp=12；Ki=24；轉矩電流PI調解器參數為Kp=11；Ki=23仿真參數設置好。由仿真模型進行以下實驗：轉子參數變化時的系統(tǒng)性能實驗。實驗得到以下波形（此波形為Scope測量到的定子線電壓，定子線電流，電動機的電磁轉矩和轉子轉速）。轉子參數變化時的波形①給定轉速為120rad/s,空載運行，額定電機參數時的定子電壓，定子電流，轉速，電磁轉矩波形圖（額定轉子電阻為0.228Ω）。②給定轉速為120rad/s,空載運行，轉子電阻突變?yōu)?.5Ω（其他參數不變時）的定子電壓，定子電流，轉速，電磁轉矩波形圖。③給定轉速為120rad/s,

空載運行，轉子電阻突變?yōu)?.1Ω（其他參數不變時）的定子電壓，定子電流，轉速，電磁轉矩波形圖。6異步電動機變頻調速矢量控制仿真結果分析。以上仿真實驗結果表明:利用矢量控制算法的變頻調速系統(tǒng)具有優(yōu)良的動態(tài)特性和抗干擾特性,采用矢量控制方式，實現勵磁電流與轉矩電流的