基于matlab的异步电机变频调速系统的设计毕业设计

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从矢量控制方程中可以看出，在保持转子磁链?r不变的控制下，电动机转矩直接收定子电流的转矩分量i1t控制，并且转差?s可以通过定子电流转矩分量i1t计算，转子磁链

?r也可以通过定子电流的励磁分量i1m来计算。在系统中以转速调节器ASR的输出为定

子电流的转矩分量i1t，并通过计算得到?s。如果采用磁通不变控制，则p?r＝0，而?r＝Lmi1m，?s?i1t/Tri1m。

由于矢量控制方案得到的是定子电流的励磁分量和转矩分量，而本系统采用了电压型逆变器，需要相应的将电流控制转换为电压控制，其变换关系为：

usm?Rsi1m??1?Lsist

ust??1Lsism?(Rs??Lsp)is1t式中，usm、ust为定子电压的励磁分量和转矩分量；?为漏磁系数，??1?Lm/LsLr。

usm、ust经过两相旋转坐标系/三相静止坐标系的变换(2r/3s)，得到SPWM逆变器的三相电压控制信号，并控制逆变器的输出电压。 2.转差频率控制异步电动机矢量控制系统参数设置及仿真

转差频率控制异步电动机矢量控制系统仿真模型如图4-9所示。 iraANBCABC-TLMachinesDemuxTmAmB-CCBis_abcmphis_qdwmTeirbDemuxDemuxpsiS1ircisaisbDemuxpsiSG5-K-ny2Tex2Demuxisc+L2c1g+Air_abcphir_qdThree-PhaseUniversal Bridge1ProgrammableVoltage SourceinverterAsynchronous MachineSI Units-K-dq0Signal(s)PulsesG3abcim*PWM GeneratorContinuouspowerguisin_cosDC Voltage Source5.2dq0_to_abcUm*f(u)it*SaturationUt*0f(u)du/dtDerivative1sIntegrator-K-G2-K-G635G1n*1400y1x1Clocktsin1sIntegrator1Ws*cos2G4f(u)3MultimeterDemuxUabisw1Usw1ws*w1wr

图4-9 转差频率控制的矢量控制系统仿真模型

系统的控制部分由给定、PI调节器、函数运算、两相/三相坐标变换、PWM脉冲发

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生器等环节组成。其中给定环节有定子电流励磁分量im*和转子速度n*。放大器G1、G2和积分器组成带限幅的转速调节器ASR.。电流电压模型转换由函数Um*、Ut*模块实现。函数运算模块ws*根据定子电流的励磁分量和转矩分量计算转差?s，并与转子频率?相加得到定子频率?1，再经积分器得到定子电压矢量转角?。模块sin、cos、dq0/abc实现了两相旋转坐标系至三相静止坐标系变换。dq0/abc的输出时PWM发生器的三相调制信号，因为调制信号幅度不能大于1，在dq0/abc输出后插入了衰减环节。PWM发生器设置为内部模式，然后运行模型，根据dq0/abc输出和PWM发生器的三相调制输入信号幅值小于1的要求，计算G4的衰减系数。各放大器的参数取值见表4-2。

表4-2 转差频率矢量控制仿真模型放大器参数 放大器 G1 G2 G3 放大倍数 35 0.15 0.0076 放大器 G4 G5、G6 放大倍数 2 9.55 仿真了给定转速为1400r/min时的空载起动的过程，在起动后0.45s加载TL=65N·m。该系统是比较复杂的系统，收敛是仿真计算中经常出现问题，经试用各种计算方法，选择了固定步长算法ode5，步长取10?5。

3.转差频率控制的矢量控制系统仿真波形及其分析

转差频率控制的矢量控制系统仿真波形如图4-10所示。 2000100150050n/(r/min)isa/A10000500-500-10000.2t/s0.40.600.2t/s0.40.6a）转速响应150b）定子A相电流响应100mTe/N·500-5000.2t/s0.40.6c）电动机的电磁转矩 图4-10 转差频率矢量控制系统仿真结果

图4-10（a）是电动机的转速响应，图4-10（b）是定子电流A相电流响应，图4-10

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（c）是异步电动机的电磁转矩和负载转矩给定。

图4-10（a）是电动机的转速响应，电机在起动过程中，转速上升平稳，此时异步电动机产生的电磁转矩近似等于起动转矩，起动电流较大；当t=0.4s时，电动机转速稳定在空载运行转速上，此时转速接近同步转速，约1400r/min，异步电动机产生的电磁转矩下降为空载转矩，近似为零，定子电流也比较小；当t=0.45s是，突加负载TL=65N·m，此时电磁转矩上升，转速略有下降，但不是很明显，并且最终稳定下来。

图4-10（b）是定子电流A相电流响应，起动过程中，由于电磁转矩近似等于起动转矩，起动转矩较大，从而导致起动电流较大，即异步电动机的定子电流较大，幅值接近50A；当t=0.4s时，电磁转矩近似等于空载转矩，非常小，近似为零，从而使得A相定子电流很小，接近为0；当t=0.45s时，突加负载转矩TL=65N·m，为了维持电动机稳定运行，电磁转矩上升，等于负载转矩，这就要求定子电流上升，以产生足够大的电磁转矩。

图4-10（c）是异步电动机的电磁转矩和负载转矩给定，当t=0时，起动转矩较大，转矩最大值超过了100N·m；当t<0.05s时，异步电动机处于刚刚起动状态，起动转矩波动比较大，异步电动机运行不是很平稳，会出现抖动等不稳定的状况；当0.05s< t<0.2s时，电磁转矩逐步稳定，稳定在70 N·m左右；当t=0.4s时，电动机处于空载运行状态，负载转矩接近为0，电磁转矩也接近为0；当t=0.45s时，突加负载转矩TL=65N·m，负载转矩突然上升，电磁转矩也跟随上升，此时，电磁转矩近似等于负载转矩给定。 4.3 两种矢量控制系统的特点与存在的问题

对于带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统，在本仿真中主电路采用电流滞环控制型逆变器。在计算转子磁链的电流模型都需要实测的电流和转速信号，无论转速高低时都能适用，但都受电动机参数影响。例如在实际情况下，电动机温升和频率变化都会影响转子电阻Rr，磁饱和程度将影响电感Lm和Lr。这些影响都将导致磁链幅值与位置信号失真，而反馈信号的失真比然使磁链闭环控制系统的性能降低，这是带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统的不足。

对于磁链开环转差型矢量控制系统的磁场方向由磁链和电流转矩分量给定信号确定，靠矢量控制方向保证，并没有磁链模型实际计算转子磁链及其相位，所以属于间接的磁场定向。但由于矢量控制方程中包含了电动机转子参数，定向精度仍受参数变化影响，磁链和电流转矩分量给定值与实际值存在差异，将影响系统性能。

综上可得，两种矢量控制系统存在的共同特点：

（1）按转子磁链定向，实现定子电流励磁分量和转矩分量的解耦，需要电流闭环控制；

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（2）转子磁链控制在系统的控制对象是稳定的惯性环节，可以采用磁链闭环控制，也可以采用开环控制；

（3）采用连续的PI控制，转矩与磁链变化平稳，电流闭环控制可有效限制起、制动电流。

同时，两种矢量控制系统也存在着一些共同的问题：

（1）转子磁链计算精度易受变化的转子电阻的影响，转子磁链的角度精度影响定向的准确性，使得系统的误差变大。

（2）需要进行矢量变换，系统结构复杂，运算量大。

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