【正文】 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 異步電動機矢量控制系統(tǒng)的仿真模型設計 中文摘要 ： 矢量控制是在電機統(tǒng)一理論、機電能量轉換和坐標變換理論的基礎上發(fā)展起來的，它的思想就是將異步電動機模擬成直流電動機來控制，通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現(xiàn)磁通和轉矩的解耦控制，達到直流電機的控制效果。本文針對異步電動機磁鏈閉環(huán)矢量控制進行研究和探索。通過空間矢量的坐標變換，對系統(tǒng)進行建模，其中包括直流電源、逆變器、電動機、轉子磁鏈電流模型、 ASR、 ATR、 AΨ R 等模塊。并對控制系統(tǒng)進行了 MATLAB/Simulink 仿真分析。 關鍵詞 ： 異步電動機、矢量控制、 MATLAB 仿真 Abstract ： Vector control(VC) is based on motor unification principle,energy conversion and vector coordinate transformation transforming coordinate, The stator current is deposing two DC parts which orientated as the rotator magic field and controlled magic flux and torque are decoupled. It controls the asynchronous motor as a synchronous way. This paper does some research works of the asynchronous motor flux vector control closedloop research and exploration. Through the space vector coordinate transformation, and the modeling of system,including DC power supply, inverter, AC motor, rotor flux current model, the ASR, ATR,AΨR and modules. And the control system is MATLAB/Simulink analysis. Key Words： Asynchronous Motor,Vector Control,MATLAB Simulation 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 一、 緒論 交直流調速系統(tǒng)的相關概念及比較 交流調速系統(tǒng)是以交流電動機作為控制對象的電力傳動自動控制系統(tǒng)。直流調速系統(tǒng)是以直流電動機作為控制對象的電力傳動自控系統(tǒng)。 直流調速系統(tǒng)可以在額定轉速以下通過保持勵磁電流改變電樞電壓的方法實 現(xiàn)恒轉矩調速 。在額定轉速以上通過保持電樞電壓改變勵磁電流來實現(xiàn)恒功率調速。采用轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)可以獲得優(yōu)良的靜、動態(tài)調速特性，因此直流調速在很長時間以來 (20 世紀 80 年代以前 )一直占據主導地位。 但是，由于直流電動機本身結構上存在機械式換向器和電刷這一致命弱點，這就給直流調速系統(tǒng)的開發(fā)及應用帶來了一系列的限制，具體表現(xiàn)在以下幾個方面 : (1)機械式換向器表面線速度及換向電流、電壓有一定的限值，這極大的限制了單臺電動機的轉速和運行功率。而且，大功率的電機制造技術難，成本高。對于高轉速大功率 的電動機應用場合，直流調速方法是行不通的。 (2)為使直流電動機的機械式換向器能夠可靠的工作，往往要增大電樞和換向器的直徑，導致電機轉動慣量很大，對于要求快速響應的生產場合就不能夠實現(xiàn)。 (3)機械式換向器帶來的另外一個麻煩就是必須經常檢修和維護，因為電刷要必須定期更換。這樣導致直流調速系統(tǒng)的維護工作量大，運行成本高，同時由于定期的停機檢修也造成了生產效率的下降。 (4)由于電刷的電火花，直流電機也不能應用于易燃易爆的生產場合，對于多粉塵和多腐蝕性氣體的地方也不適用。 總之，由于直流電動機存在的這些 問題，使得直流電動機的應用受到了極大的限制，也使得直流調速系統(tǒng)的發(fā)展和應用受到相應的限制。 相對于直流電動機而言，交流電動機 (特別是鼠籠型異步電動機 )具有許多優(yōu)點 :結構簡單、制造容易、價格便宜、堅固耐用、轉動慣量小、運行可靠、少維修、使用環(huán)境及結構發(fā)展不受限制等優(yōu)點。 交流調速系統(tǒng)由于采用了無換向器的交流電動機作為調速傳動設備，突破了直流電動機所帶來的種種限制，可以滿足生產生活的各種需求，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α? 交流調速系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 電能是現(xiàn)代社會最廣泛使用的一種能量形式，具有生產和變 換比較經濟、傳輸和分配比較容易，使用和控制比較方便的特點，因此成為國民經濟各部門動力的主要來源。而電能的生產、交換、傳輸、分配、使用和控制等，都必須利用電機來完成。所以電機傳動在工業(yè)、農業(yè)、交通運輸、國防軍事設施以及日常生活中得到了廣泛的應用。其中許多的機械對調速有要求，如城市無軌電車，鐵路牽引機車，電梯、機床、造紙機械、紡織機械等等，為了滿足運行、生產工藝的要求需要調速 。另一類機械如風機、水泵等為了減少運行損耗、節(jié)約電能也需要調速。在 20 世紀 70 年代以前的很長一段時間內，直流調速占統(tǒng)治地位，交流調速系統(tǒng)的 方案雖然己有多種發(fā)明并得到實際應用，但其性能始終無法與直流調速系統(tǒng)相匹敵。因為直流調速系統(tǒng)具有啟制動性能良好，調速范圍廣，調速精度高，控制方案簡單高效等突出的優(yōu)點。同時直流調速系統(tǒng)與交流調速系統(tǒng)相比無論從理論土還是實踐上都十分成熟。對于直流電機而言，只需要改變電機的輸入電壓或勵磁電流，就可以在很廣的范圍內實現(xiàn)無級調速，而且在磁場恒定的條件下它的轉矩和電樞電流成正比，轉矩易于控制。因此直流電動機調速系統(tǒng)比較容易獲得優(yōu)良的動態(tài)性能。并且隨著半導體變流器件的發(fā)展，直流調速系統(tǒng)也從旋轉變流機組 (G 一一 M系統(tǒng) )，靜止 可控硅變流器調速系統(tǒng) (V 一 M 系統(tǒng) )發(fā)展到目前為止還在很多領域 (鐵路用的直流牽引機車和城市無軌電車等 )廣泛應用的直流斬波器和脈沖寬度調制器直流調速系統(tǒng)。但是直流電動機本身具有機械接觸式換向器，這使得直流電機調速系統(tǒng)的應用帶來一些問題。 （ 1）首先電機的結構復雜，制造費時，價格昂貴。在使用時由于換向器的存在， 調速系統(tǒng)的維護費時費力。因為換向器的機械強度不高，電刷易磨損，需要經常維護檢修。 （ 2)由于換向器的換向問題的存在，對調速系統(tǒng)容量和最高速度有限制。無法感應電機矢量控制系統(tǒng)的研究與仿真做成高速大容量的機組 。 (3)無法應用在粉塵、腐蝕性氣體和易燃易爆的場合。 所有這些使得直流拖動系統(tǒng)無法適應現(xiàn)代拖動系統(tǒng)向高速大容量方向發(fā)展的趨勢。而交流電動機，特別是鼠籠型交流異步電動機，由于它結構簡單，制造方便，價格低廉，體積小 (與同容量的直流電機相比 )，并且堅固耐用，轉動慣量小，運行可靠，維護簡單，可用于惡劣場合等優(yōu)點，在各種場合得到了廣泛的應用。但是交流調速比較困難，與直流電機氣隙磁場有勵磁繞組產生，交流電機的氣隙磁場則是有定子繞組和轉子繞組共同產生，這就使得交流電機的電磁轉矩不課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 再與定子電流成正比關系。這樣就不能通過簡 單的控制定子電流就可以控制電機的轉矩。自 20 世紀 30 年代人們開始進行交流調速技術的研究，認識到變頻調速是交流電動機的一種最好的調速方式，他既能實現(xiàn)寬范圍無級調速，又具有很好的動態(tài)性能。但是由于進展不大，在 20世紀的大部分時間直流調速仍占據統(tǒng)治地位。直到上世紀六七十年代電力電子技術和控制技術的相繼出現(xiàn)和飛速發(fā)展最終促成高性能可與直流調速系統(tǒng)相媲美的交流調速系統(tǒng)的出現(xiàn)，到目前交流調速在電力拖動中已占據主導地位。七十年代初期，西門子公司的 和WFlotor 提出了“感應電機磁場定向的控制原理”，通過 矢量旋轉變換和轉子磁場定向，將定子電流按轉子磁鏈空間方向分解成為勵磁分量和轉矩分量，這樣就可以達到對交流電機的磁鏈和電流分別控制的目的。得到了類似于直流電機的模型， 1980 年，日本 .ANabas 教授和山村昌教授提出轉差矢量控制系統(tǒng)，標志著矢量控制理論的初步形成。直接轉矩控制 (DTC)是 80年代中期提出的又一轉矩控制方法，它的設計思路是把電機和變頻器作為一個整體去控制，采用空間電壓矢量分析方法在定子坐標系進行磁通和轉矩的計算，通過磁通跟蹤型 PWM逆變器的開關狀態(tài)直接控制轉矩。因此 DTC 無需對定