【正文】 電路的復(fù)雜性的制約 ，在綜合考慮性能指標的情況下，三電平逆變器最為普遍，對其研究和分析具有實際意義 三電平是相對于通用變頻器中常用的兩電平方案而言的 [14]。 3. 設(shè)計了基于三電平逆變器的異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)速閉環(huán)、磁鏈閉環(huán)。異步電機的磁場定向控制模擬直流電機可以實現(xiàn)良好的動態(tài)性能。電力電子器件、微處理 器和現(xiàn)代控制理論的高速發(fā)展為高性能交流調(diào)速奠定了基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)子磁場定向控制消除了標量控制的缺陷，同時提高了實時控制。矢量控制一般稱為磁場定向控制，也就是將磁場的方向作為坐標軸的基準方向。所以這兩種方法都是穩(wěn)態(tài)控制，電機動態(tài)性能不好。恒壓頻比 （ V/F） 控制是只在控制過程中保持 V/F是常數(shù)不變，保證定子磁鏈的恒定，是一種最簡單的控制方法。與此同時交流電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、價格低廉、維修方便等優(yōu)點。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。 多電平逆變器包括二極管嵌位型、電容嵌位型、有源中點嵌位型逆變器等。 所以，日本 Akira Nabae教授 1981 年提出了中點嵌位逆變器 ,它有兩個分壓電容，每個橋臂上增添了兩個功率開關(guān)和中點嵌位二極管。目前轉(zhuǎn)子磁場定向控制應(yīng)用最為廣泛。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現(xiàn)高壓大功率電能變換。 rotor field oriented control。 文中在分析了三電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)及工作原理和三相異步電機的數(shù)學(xué)模型、 坐標變換的基礎(chǔ)上，深入研究了轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制系統(tǒng)的基本原理，設(shè)計了 磁鏈和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng) 并給出了框圖 。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)論文（設(shè)計）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果 ，也不包含為獲得遼東學(xué)院或其他單位的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的貢獻均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。 最后，利用 MATLAB/Simulink 對系統(tǒng)進行了 仿真。 MATLAB simulation 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 III 目 錄 摘 要 ................................................................................................................................. I Abstract............................................................................................................................... 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）異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)綜述 ................................................................ 2 1. 交流調(diào)速的發(fā)展概況 ........................................................................................... 2 2. 轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(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）三電平逆變器的拓撲結(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 ................................................................ 8 三、異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制 .................................................................................... 9 （一）異步電機動態(tài)數(shù)學(xué)模型與坐標變換 .................................................................... 9 ................................................................................. 9 ............................................................................................................... 13 相任意旋轉(zhuǎn)坐標系上的數(shù)學(xué)模型 ............................................... 16 ............................................... 18 （二） 異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制 ............................................................................ 19 ....................................................................... 19 ........................................................................... 19 ............................................................................................... 21 （三）異步電機轉(zhuǎn)子磁場 定向控制系統(tǒng) ...................................................................... 23 、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 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 IV （一） MATLAB/Simulink 軟件介紹 ............................................................................ 25 （二）異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(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 .......................................................................................................................... 35 致 謝 .............................................................................................................................. 36 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –1– 一、緒 論 （一）課題背景和意義 為了解決電力緊張的現(xiàn)狀，實現(xiàn)節(jié)能，需要提高用電設(shè)備的效率。多電平逆變器因為其電壓應(yīng)力小，輸出諧波少等優(yōu)點在高壓大容量領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，成為研究的熱點 [1]。所以對異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制的研究是很必要的 [2]。該逆變器輸出三電平的電壓波，稱為三電平逆變器。還有一些衍生的拓撲結(jié)構(gòu)，例如層疊多單 元逆變器等。二極管箝位式逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，但中點電壓平衡難以控制，目前只有三電平逆變器實現(xiàn)了應(yīng)用 [34]。但異步電動機本身是一個非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，可控性較差，以前未得到大規(guī)模應(yīng)用。但它是一種開環(huán)控制，動態(tài)性能較差，控制參數(shù)還需要根據(jù)負載的不同改變，低速時還可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。大多應(yīng)用在風(fēng)機等沒有高動態(tài)性能要求的調(diào)速中 [2]。轉(zhuǎn)子磁場定向控制的思想是將異步電機模擬成直流電機控 制。在轉(zhuǎn)子磁場定向控制中，電機參數(shù)變化和轉(zhuǎn)速測量的誤差會引起磁鏈誤差，影響轉(zhuǎn)子磁場定向控制的效果。 21 世紀轉(zhuǎn)子磁場定向控制也異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –3– 在快速的發(fā)展，日本在通用變頻器上的無速度傳感器方面比較先進，美國在電機參數(shù)辨識上的研究比較深入，德國在大功率系統(tǒng)應(yīng)用上比較先進。本文針對基于三電平逆變器的異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制進行了研究。 4. 對三電平逆變器的異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)的動態(tài)性能進行了 MATLAB仿 真 。在兩電平逆變器中，通過輪流導(dǎo)通的電力電子器件，在輸出端把中間直流回路的正端電壓和負端電壓分別接到交流電動機定子各相繞組上。 二極管嵌位式三電平逆變器的電平數(shù)比兩電平逆變器多，輸出電壓和電流接近于正弦波，諧波含量減少?；谌娖侥孀兤鞯膬?yōu)勢，本文采用二極管嵌位式三電平逆變器，并通過開關(guān)狀態(tài)的分配減小中點電位偏移。目前所見到的多電平逆變器，按照主電路拓撲結(jié)構(gòu)分，主要分為三類基本的拓撲結(jié)構(gòu)：二極管鉗位型多電平逆變器(Diodeclamped multilevel inverter)、飛跨電容型多電平逆變器 (Flyingcapacitor multilevel 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –5– inverter)和級聯(lián)型多電平逆變器 (Cascaded multilevel inv