【正文】 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)仿真研究 The Simulation Research on Asynchronous Motor Control System Based on Rotor FieldOriented 摘 要三電平逆變器因?yàn)槠淇梢詫?shí)現(xiàn)更高的電壓等級(jí)，輸出較少的諧波含量等優(yōu)勢(shì)在高壓大功率的逆變場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用，而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制是應(yīng)用最廣泛的調(diào)速方法。因此，本文對(duì)結(jié)合三電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的問題進(jìn)行了研究。文中在分析了三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理和三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)上，深入研究了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制系統(tǒng)的基本原理，設(shè)計(jì)了磁鏈和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)并給出了框圖。最后，利用MATLAB/Simulink對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。關(guān)鍵詞：三電平逆變器；異步電機(jī)；轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制；MATLAB仿真 The Simulation Research on Asynchronous Motor Control System Based on Rotor FieldOriented Abstract Threelevel inverter because it can achieve higher voltage grade, output less harmonic content of advantages in high pressure highpower inverter occasions a wide range of applications, and rotor fieldoriented control is the most widely used control method. Therefore, this article chooses threelevel inverter induction motor rotor fieldoriented control for research. Based on the analysis of the threelevel inverter topology structure and working principle and mathematical model of threephase asynchronous motor, on the basis of the coordinate transformation, the indepth study of the rotor fieldoriented vector control system design, the basic principle of the rotor flux observer, flux and speed double closed loop system. Finally, has pleted the design of control system and gives the diagram. MATLAB/Simulink on the system modeling and simulation. Key words：ThreeLevel Inverter。 Asynchronous Motor。 rotor field oriented control。 MATLAB simulation目 錄摘 要 IAbstract II一、緒 論 1（一）課題背景和意義 1（二）多電平逆變器的發(fā)展概況 1（三）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制技術(shù)綜述 21. 交流調(diào)速的發(fā)展概況 22. 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制技術(shù)的發(fā)展概況 2（四）課題研究的主要內(nèi)容 3二、二極管嵌位式三電平逆變器 4（一）逆變器介紹 4（二）三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理 4（三）二極管鉗位型三電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn) 8三、異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 9（一）異步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與坐標(biāo)變換 9 9 13 16 18（二） 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 19 19 19 21（三）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng) 2磁鏈雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 23 24 24（四）本章小結(jié) 24四、控制系統(tǒng)仿真分析 25（一）MATLAB/Simulink軟件介紹 25（二）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)仿真 25 25 25（三）本章小結(jié) 33五、結(jié)論與展望 34參考文獻(xiàn) 35致 謝 36一、緒 論（一）課題背景和意義為了解決電力緊張的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，需要提高用電設(shè)備的效率。變頻器是節(jié)電的主要方法。常用中小功率的變頻器發(fā)展很成熟，而200KW以上的大中功率變頻器還有很大的發(fā)展空間。受到功率器件的載流能力和耐壓能力的限制，兩電平逆變器難以實(shí)現(xiàn)高壓大功率電能變換。多電平逆變器因?yàn)槠潆妷簯?yīng)力小，輸出諧波少等優(yōu)點(diǎn)在高壓大容量領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，成為研究的熱點(diǎn)[1]。傳統(tǒng)的恒壓頻比控制和轉(zhuǎn)差頻率控制都不能滿足動(dòng)態(tài)性能的要求，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制模擬直流電機(jī)的控制方式，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁通的解耦，達(dá)到了對(duì)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的控制，所以得到了廣泛的應(yīng)用。直接轉(zhuǎn)矩控制也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法，但低速性能不理想。目前轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制應(yīng)用最為廣泛。所以對(duì)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的研究是很必要的[2]。在高壓大功率的應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合多電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制因?yàn)槠渥陨淼膬?yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。（二）多電平逆變器的發(fā)展概況傳統(tǒng)兩電平逆變器在一個(gè)輸出周期內(nèi)橋臂的相電壓為兩電平波，高頻時(shí)產(chǎn)生很大的浪涌電壓和開關(guān)損耗，無(wú)法應(yīng)用在高壓輸出逆變器場(chǎng)合。所以，日本Akira Nabae教授1981年提出了中點(diǎn)嵌位逆變器,它有兩個(gè)分壓電容，每個(gè)橋臂上增添了兩個(gè)功率開關(guān)和中點(diǎn)嵌位二極管。該逆變器輸出三電平的電壓波，稱為三電平逆變器。P. M. Bhagwat等人于1983年將三電平逆變器推廣到五電平、七電平等多電平逆變器結(jié)構(gòu)。多電平逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電壓等級(jí)、輸出電壓諧波含量低、du/dt和di/dt引起的電磁干擾小，在高電壓大功率逆變場(chǎng)合具有廣泛的應(yīng)用。多電平逆變器包括二極管嵌位型、電容嵌位型、有源中點(diǎn)嵌位型逆變器等。還有一些衍生的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如層疊多單元逆變器等。研究多電平拓?fù)涫菫榱藢?shí)現(xiàn)多電平的輸出電壓，使其應(yīng)該用在更高的電壓場(chǎng)合，減小諧波含量。二極管嵌位型、電容嵌位型多電平逆變器適用于高電壓輸出大功率逆變場(chǎng)合。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大容量逆變器得到了廣泛的應(yīng)用。二極管箝位式逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，但中點(diǎn)電壓平衡難以控制，目前只有三電平逆變器實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用[34]。（三）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制技術(shù)綜述 1. 交流調(diào)速的發(fā)展概況直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能優(yōu)于交流電動(dòng)機(jī)，因此在調(diào)速領(lǐng)域曾一直占主導(dǎo)地位。但直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)速、電壓、功率受到環(huán)境影響，價(jià)格昂貴。與此同時(shí)交流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、價(jià)格低廉、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。但異步電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，可控性較差，以前未得到大規(guī)模應(yīng)用。交流調(diào)速的初期，人們只能從異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型研究調(diào)速方法。異步電機(jī)的控制包括恒壓頻比控制、滑差頻率控制。恒壓頻比（V/F）控制是只在控制過(guò)程中保持V/F是常數(shù)不變，保證定子磁鏈的恒定，是一種最簡(jiǎn)單的控制方法。但它是一種開環(huán)控制，動(dòng)態(tài)性能較差，控制參數(shù)還需要根據(jù)負(fù)載的不同改變，低速時(shí)還可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象?；铑l率控制包含了速度閉環(huán)，更容易使系統(tǒng)穩(wěn)定。但是沒有瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，所以會(huì)影響動(dòng)態(tài)性能。所以這兩種方法都是穩(wěn)態(tài)控制，電機(jī)動(dòng)態(tài)性能不好。大多應(yīng)用在風(fēng)機(jī)等沒有高動(dòng)態(tài)性能要求的調(diào)速中[2]。由于現(xiàn)代電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、微機(jī)控制技術(shù)等理論技術(shù)的發(fā)展，異步電機(jī)調(diào)速取得了突破性進(jìn)展，交流調(diào)速技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代[11]。 2. 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制技術(shù)的發(fā)展概況 理論。矢量控制一般稱為磁場(chǎng)定向控制，也就是將磁場(chǎng)的方向作為坐