【正文】 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 1 摘 要 眾所周知， 交流異步電機因其 結構簡單、可靠性高、性能優(yōu)良、輸出轉矩大等特點， 被廣泛的應用 ，且隨著交流異步電機應用領域的不斷拓寬，對電機控制系統(tǒng)的設計要求越來越高，既要考慮成本低廉、控制算法合理，又需兼顧控制性能好、開發(fā)周期短等特點。 然而 變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度等特點，是目前運用最廣泛且最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。交流電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，從早期提出的電壓源型變頻器開始，相繼發(fā)展了電流源型，脈寬調(diào)制等各種變頻器。 本文在分析交流異步電機數(shù)學模型的基礎上，提出 矢量控制 。 矢量控制實現(xiàn)的基 本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。 然后 借助于 MATLAB 仿真建模能力，提出了一種基于 MATLAB 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真模型的新方法。其基本思想是：將交流感應電機控制系統(tǒng)的功能單元模塊化， MATLAB 中建立獨立的功能模塊：交流異步電機本體模塊、矢量控制模塊、速度控制模塊、轉矩計算模塊等，這些功能模塊進行有機整合，即可搭建出交流異步電機系統(tǒng)的仿真模型?？刂葡到y(tǒng)中，速度環(huán)采用 PI 控制，方法簡捷，效果 理想。仿真結果證明了該種新型建模方法的快速性和有效性。 關鍵詞： 異步電動機 ， 矢量控制 ， 變頻調(diào)速 ， MATLAB 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 2 Matlabbased Vector Control Frequency Control System Analysis ABSTRACT As is known to all, because of its simple structure, high reliability, good performance, output torque big wait for a characteristic, munication, and widely used asynchronous motor with ac induction motor is expanding, and the fields of application of motor control system design requirements more and more high, both must consider low cost, control algorithm and reasonable and need to juggle good control performance, short development cycle, etc. Therefore, how to establish an effective munication asynchronous motor control system simulation model bees the motor control algorithm design personnel urgent need to address the key problem. Based on the analysis of ac induction motor based on mathematical model, with the aid of MATLAB simulation modeling ability, strong in the function of using SIMULINK embedded ponents, proposed based on MATLAB/SIMULINK establish ac asynchronous motor control system simulation model of the new method. The basic idea is: will ac induction motor control system function module, MATLAB/SIMULINK unit in establishing the independent function module: ac induction motor ontology modules, vector control module, current hysteresis control module, speed control module, torque calculation module, 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 3 the functional modules, can build the anic integration of ac indution motor system simulation model. Control system, the speed loop, current loop by PI control by hysteresis current control, the method is simple, the effect is ideal. The simulation results prove the new quickness and the effectiveness of modeling method. Key words: Induction motor, vector control, frequency control, MATLAB 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 4 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 馬 曉 文 021307128 0 引言 70年代西門子工程師 解決交流電機轉矩控制問題。矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動機定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制異步電動機轉矩的目的。具體是將異步電動機的定子電流矢量分解為產(chǎn)生磁場的電流分量 (勵磁電流 ) 和產(chǎn)生轉矩的電流分量 (轉矩電流 ) 分別加以控制，并同時控制 兩分量間的幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式稱為矢量控制方式。矢量控制方式又有基于轉差頻率控制的矢量控制方式、無速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。這樣就可以將一臺三相異步電機等效為直流電機來控制，因而獲得與直流調(diào)速系統(tǒng)同樣的靜、動態(tài)性能。矢量控制算法已被廣泛地應用在 siemens， AB， GE， Fuji 等國際化大公司變頻器上。 采用矢量控制方式的通用變頻器不僅可在調(diào)速范圍上與直流電動機相匹配，而且可以控制異步電動機產(chǎn)生的轉矩。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準確的被控異步電動機的 參數(shù)，有的通用變頻器在使用時需要準確地輸入異步電動機的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。目前新型矢量控制通用變頻器中已經(jīng)具備異步電動機參數(shù)自動檢測、自動辨識、自適應功能，帶有這種功能的通用變頻器在驅動異步電動機進行正上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 5 常運轉之前可以自動地對異步電動機的參數(shù)進行辨識，并根據(jù)辨識結果調(diào)整控制算法中的有關參數(shù)，從而對普通的異步電動機進行有效的矢量控制 。 近 10 年來，隨著電力電子技術、算機技術、自動控制技術的迅速發(fā)展，電氣傳動技術面臨著一場歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計算機數(shù)字控制技術取代模擬控制 技術已成為發(fā)展的趨勢。電機交流變頻調(diào)速技術是當今節(jié)電，改善工藝流程以提高產(chǎn)品質量和改善環(huán)境，推動技術進步的一種重要手段。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速啟動，制動性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有前途的調(diào)速方式。 電氣傳動分成不調(diào)速和調(diào)速兩大類，調(diào)速又分交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種方式。不調(diào)速電動機直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術的發(fā)展這類原本不調(diào)速的機械越來越多地改用調(diào)速傳動以節(jié)約電能，改善產(chǎn)品質量，提高產(chǎn)量。在我國 60%的發(fā)電量是通過電動機消耗的，因此調(diào)速傳動時一個重要 的行業(yè)，被國家重視。 交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術。變頻調(diào)速是交流調(diào)速的基礎和主干內(nèi)容。上個世紀變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變的很容易，從而造就了一個龐大的電力行業(yè)。長期以來，交流電的頻率一直是固定的，變頻調(diào)速技術的出現(xiàn)使頻率變?yōu)榭梢猿浞掷玫馁Y源。 1 異步電動機變頻調(diào)速 異步電動機概述 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 6 異步 電動機 (asynchronous motor) 又稱感應電動機 ,是由氣隙旋轉磁場與 轉子 繞組感應電流相互作用產(chǎn)生 電磁轉矩 ,從而實現(xiàn)機電能量轉換為機械能量的一種 交流電機 。 異 步電動機按照轉子結構分為兩種形式 :有鼠籠式、繞線式異步電動機。 作電動機運行的異步電機。因其轉子繞組電流是感應產(chǎn)生的，又稱感應電動機。異步電動機是各類電動機中應用最廣、需要量最大的一種。在 中國 ，異步電動機的用電量約占總負荷的60％多。 作 電動機 運行 的三相異步電機。三相異步電動機 轉子 的轉速低于旋轉 磁場 的轉速， 轉子繞組 因與磁場間存在著相對運動而感生 電動勢 和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生 電磁轉矩 ，實現(xiàn)能量變換。 三相異步電動機的結構 定子（靜止部分） 定子的 作用：電機 磁路 的一部分，并在其上放置定子繞組。 定子的 構造：定子鐵心一般由 到 毫米厚表面具有絕緣層的 硅鋼片 沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。 定子鐵心槽型有以下幾種： 半閉口型槽：電動機的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機中。 半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機。所謂成型繞組 即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。 開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在 高壓電機 中。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 7 定子繞組作用：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉磁場。 構造：由三個在空間互隔 120176。 電角度、隊稱排列的結構完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。 定子繞組的主要絕緣項目有以下三種：（保證繞組的各導電部分與鐵心間的可靠絕 緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。 （ 1）對地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。 （ 2）相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。 （ 3）匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。 電動機接線盒內(nèi)的接線 ： 電動機接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個接線樁自左至右排列的編號為 1（ U1）、 2（ V1）、 3（ W1），下排三個接線樁自左至右排列的編號為 6（ W2）、 4（ U2）、 5（ V2），將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時均應按這個序號排列。 機座作用：固定定子鐵心與前后端蓋 以支撐轉子，并起防護、散熱等作用。 構造：機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動機 的機座采用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內(nèi)外的空氣可直接對流，以利于散熱。 上海工程技術大學畢業(yè)設計（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 8 轉子（旋轉部分） 三相異步電動機的轉子鐵心作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉子繞組。 三相異步電動 機的轉子構造：所用材料與定子一樣，由 毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉子鐵心。一般小型異步電動機的轉子鐵心直接壓裝在轉軸上，大、中型異步電動機（轉子直徑在 300 到 400 毫米以上）的轉子鐵心則借助與轉子支架壓在轉軸上。 三相異步電動機的轉子繞組作用：切割定子旋轉磁場產(chǎn)生感應電動勢及電流，并形成電磁 轉矩 而使電動機旋轉。 構造：分為 鼠籠式轉子 和繞線式轉子。 鼠籠式轉子：轉子繞組由插入轉子槽中的多根導條和兩個環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機采用鑄鋁轉子繞組，對于 100KW 以上的電動機采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。鼠籠轉子分為：阻抗型轉子、單鼠 籠型轉子 、雙鼠籠型轉子、 深槽式轉子 幾種，起動轉矩等特性各有不同。 繞線式轉子：繞線轉子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉軸的三個集流環(huán)上，再通過電刷與 外電路 聯(lián)接。 特點：結構較復雜，故繞線式電動機的應用不如鼠籠式電動機廣泛。但通過集流環(huán)和電刷在轉子繞組回路中串入附加電阻等元件，用上海工程技術大學畢業(yè)設計（論