【正文】 轉速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉矩馬上與負載相平衡，從而轉入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波，而轉速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉矩）受到限制 的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。顯然靜特性優(yōu) 于單閉環(huán)系統(tǒng)。一般可按下式計算，即： )( c o s22m inm a x2NshTdIICUA nUUU ??? ?? （ 31） 式中 Udmax 整流電路輸出電壓最大值； nUT 主電路電流回路 n 個晶閘管正向壓降； C 線路接線方式系數(shù)； Ush 變壓器的短路比，對 10～ 100KVA， Ush =～ ； I2/I2N變壓器二次實際工作電流與額定之比，應取最大值。 電壓比 K= 1U / 2U =380/125=。 （ 1）交流側過電壓保護 阻容保護 即在變壓器二次側并聯(lián)電阻 R 和電容 C 進行保護。F= 耐壓≥ = 2 125=265V 選取 25181。選 MY31230/5 型壓敏電阻。 （ 3）晶閘管 兩端的過電壓保護 查下表： 表 31 阻容保護的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗選定 晶閘管額定電流 /μ A 10 20 50 100 200 500 1000 電容 /μ F 1 2 電阻 /Ω 100 80 40 20 10 5 2 抑制晶閘管關斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法。 快速熔斷器的斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的保護措施。 根據(jù)本電路形式查得 1K = 所以 inIdim = dI = = min211dIUKL ? = ? mH=105mH （ 2）限制輸出電流脈動的臨界電感量 2L 平波電抗器的臨界電感量diISUKL 222 ? （ 312） 式中 2K －系數(shù)，與整流電路形式有關 ， iS －電流最大允許脈動系數(shù)，通常三相電路 iS ≤（ 5～ 10）％。 RPL 為與電動機配套的磁場變阻器，用來調(diào)節(jié)勵磁電流。 用交流接觸器來控制主電路通斷，由于 AI ? ,故可選 CJ2016. 在勵磁回路中，串聯(lián)吸引線圈電流 為 的 JL1411ZQ 直流欠電流繼電器，吸引電流可在 3/10～ 65/100 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，釋放電流在 1/10～ 2/10 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。由已知條件計算出 VnU nm a x* ???? ? ， VIU dmim * ???? ? ， 40 ?????? s dec K RInCUV=。且與主電路三個電壓 U、 V、 W同相的同步電壓，故要設計一個三相同步變壓器。 （ 2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結構 因為電流超調(diào)量 %5?i? ，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可按典型系統(tǒng)設計電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，故可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器? ? ? ?sKsW iiiA C R ?? 1?? 。 忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件： cilm WsTT ?????? ? 1313，滿足條件。 FkRC nnn ?? ???? ，取 F? FkC on ?140 ????? ，取 1 F? 。 2 .控制電路的直流電源 這里選用 CM7815 和 CM7915 三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路電源，如下圖所示 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 4 D e c 20 0 8 S he e t o f F i l e : D : \學習文件 \ p r ot e l \ M yD e s i gn 1 .d db D r a w n B y :7 91 5 7 90 8 8 V 1 5V 圖 6 直流穩(wěn)壓電源原理圖 3. 反饋電路參數(shù)的選擇與計算 本設計中的反饋電路有轉速反饋和電流截止負反饋兩個環(huán)節(jié)，電路圖見主電路。 電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇 選用 LEM 模塊 LA100S 電流傳感器作為檢測元件，其參數(shù)為：額定電流 100A，匝數(shù)比 1： 1000，額定輸出 電流為 。 6 系統(tǒng) MATLAB仿真 本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件 MATLAB，使用 MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱對其進行計算機仿真研究。采用 面向電氣原理結構圖方法構成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖 7 所示 。 當建模和參數(shù)設置完成后，即可開始進行仿真。第二階段， ASR 飽和，轉速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動系統(tǒng)恒加速，轉速線形增長。由于在本系統(tǒng)中，單片機系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制 器件，所以各項數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都是在單片機內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結果。在以往的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)中轉速常用測速發(fā)電機來檢測，這種模擬測速方法的精度不夠高，在低速時更為嚴重，很難保障生產(chǎn)的高效、安全運行，所以在本次設計中測速采用了目前較先進的旋轉編碼器測速，即數(shù)字測速。該模型是深入研究直接轉矩控制 系統(tǒng)的有效工具。 MATLAB/SIMULINK。 直接轉矩控制 （ DTC） 是在空間矢量調(diào)速理論的基礎上發(fā)展起來的一種新型交流電動機調(diào)速策略 ， 其基本思想是根據(jù)交流電動機的轉矩要求 ， 直接選擇合適的定子電壓空間矢量 ， 實現(xiàn)交流電動機電磁轉矩的快速響應 。由于永磁同步電動機具有體積小 、 重量輕 、 運行可靠 、 功率密度高等諸多優(yōu)點 ， 將DTC控制策略應用于永磁同步電機控制中 ， 以提高電機的快速轉矩響應 ， 成為研究者關注的課題 究的熱點課題。 23 2 直接轉矩控制的 簡介 直接轉矩控制理論 直接轉矩 控制的核心思想是以轉矩為中心來進行磁鏈、 轉矩的綜合控制。 為了獲得高精度的速度控制，定子磁鏈軌跡就希望被控制成圓形。采用定子磁場定向，借助于離散的二點式調(diào)節(jié) (Band 一 Band控制 )產(chǎn)生 PWM信號，直接對逆變器的開關狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉矩的高動態(tài)性能。 這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)很快的轉矩響應速度，但是卻引起了電流和轉矩的脈動，低速性能差，調(diào)速范圍受到限制。 (2) 敘述了直接轉矩控制的原理，并建立了相應的數(shù)學模型和仿真模型。 直接轉矩控制的實質(zhì)是定子磁鏈 定向控制，是一種特殊的定子磁鏈定向控制，采用此方案有以下優(yōu)點： (1) 控制算法較為簡單，可以直接在靜止坐標系上進行矢量分解運算，摒棄了復雜的矢量變換與計算，大大減少矢量控制的性能易受參數(shù)變化影響的問題，魯棒性好。其工作過程如下 :首先由檢測單元檢測出電機定子電流和電壓值、實際轉速ω。定子產(chǎn)生定子磁勢矢量 Fs，轉子產(chǎn)生轉子磁勢矢量 Fr，二者合成得到合成磁勢矢量 FΣ 。 異步電動機的 Fs， Fr， FΣ （Ψ m）在空間以同步角速度 ω s 旋轉，彼此相對靜止。顯然，矢量變換控制系統(tǒng)雖然可以獲得高性能的調(diào)速特性，但是往復的矢量旋轉坐標變換及其他變化大大增加了計算工作量和系統(tǒng)的復雜性，而且由于異步電動機矢量變換控制系統(tǒng)是采用轉子磁場定向方式，設定的磁場定向軸易受電機參數(shù)變化的影響，因此異步電動機矢量變換系統(tǒng)的魯棒性較差，當采取參 數(shù)自適應控制策略時，有進一步增加了系統(tǒng)的復雜性和計算工作量。 異步電機的電磁轉矩模型 異步電動機各量的空間矢量關系如圖 32 所示。 把 Ψ s 和 is 置于定子正交坐標系? ? 中，如圖 33 所示，得到 sin∠ （ Ψs， is） = sin（ θ1－ θ2） = sinθ1cosθ2－ cosθ1sinθ2 從而在定子坐標系中，異步電動機的電磁轉矩模型可以表達為 Tei = Km（ Ψsαisα－ Ψsβisβ） （ ） 式中， is? 、 is? 、 Ψ s? 、 Ψ s? 分別是 is、 Ψ s 在 αβ軸系上的分量。 由式（ ）可以看出，在實際運行中，保持定子磁鏈矢量Ψ s 的幅值為額定值， 可充分利用電動機。 電壓空間矢量的正確選擇 正確選擇電壓空間矢量，可以形成六邊形磁鏈。要想得到六邊形磁鏈，就要對六邊形磁鏈進行分析，為此觀察六邊形軌跡的定子旋轉磁鏈空間矢量在?三相坐標系和? A、? B、? C 軸上的投影（?坐標系見圖 35） ，則可以得到三個相差 120 度 相位的梯形波，它們分別被稱為定子磁鏈的 ψA? 、 ψb? 和 ψc? 分量。如果要改變定子磁鏈矢量 Ψ s(t)的旋轉速度 ，可引入零電壓矢量。 4 異步電動機直接轉矩控制系統(tǒng)的建模與仿真 MATLAB 簡介 語言 MATLAB 語言是由美國 New Mexico 大學的 Cleve Moler 于 1980 年開始開發(fā)的， 1984 年由 Cleve Moler 等人創(chuàng)立的 MathWorks 公司推出了第一個商業(yè)版本。 與 Fortran 和 C 等高級語言比 較， MATLAB 的語法規(guī)則更簡單，更重要的是其貼近人思維方式的編程特點，使得用 MATLAB 編寫程序非常方便和簡捷。在大家的共同努力下， MATLAB 正在成為計算機應用軟件中的一個新熱點。與 ode23s 相似 ，對于寬誤差容限，它比 odel5s 更有效?？梢允沟迷谡{(diào)節(jié)轉速過程中，轉矩和轉速的上下波動減小，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 本系統(tǒng)中，開關狀態(tài)器及逆變器模塊均用 M 函數(shù)來代替。 控制系統(tǒng)：給定磁鏈 * wb? ? ，磁鏈滯環(huán)比較器 ??? ， 轉矩 滯環(huán)比較器 Nm?? ，負載轉矩給定值 21 Nm? ，仿真算法：采用 ode23db 變步長求解 ，步長為 52 10?? (2e5s)。在系統(tǒng)空載和后面突加負載的時候，磁鏈波形基本不變。從圖中看到波形按照三相正弦波的規(guī)律變化的。第三條曲線為轉速曲線。并且轉速并沒有明顯的下降。通過仿真結果可以證明所建立的直接轉矩控制系統(tǒng)的正確性， 對于實際的直接轉矩控制系統(tǒng)的實現(xiàn)具有很好的指導意義。現(xiàn)代控制理論和智能控制理論應用于 DTC 技 術，為改進 DTC 系統(tǒng)提供了堅實的理論依據(jù)；同時高性能的數(shù)字處理器的出現(xiàn)，為改進 DTC 系統(tǒng)提供了強大的物質(zhì)基礎。而全數(shù)字化的實現(xiàn)，將使采樣精度更高，誤差率更小，更易于實現(xiàn)最優(yōu)控制。電子工業(yè)出版社， 2021 胡崇岳等。機械工業(yè)出版社，2021 。機械工業(yè)出版社， 2021 黃忠霖等。 35 參考文獻 1. 李夙 .異步電機直接轉矩控制 .北京：機械工業(yè)出版社， 1999 2. 何萍，郭軍 .基于 Matlab/Simulink 的異步電機直接轉矩控制系統(tǒng)仿真 .電氣應用， 2021 .電力拖動自動控制系統(tǒng) 運動控制系統(tǒng) .北京：機械工業(yè)出版社， 2021 .電力電子技術題例與電路設計指 .北京：機械工業(yè)出版社， 1998 .電力電子技術 . 第 4 版．北京：機械工業(yè)出版社， 200０ . 電力拖動自動控制系統(tǒng) . 武漢：華中科技大學出版社， 1991 .自動控制原理：第 4 版 .北京：國防工業(yè)出版社 。如智能 IPM 整合了 DSP控制器，將電機控制的大部分電路集成到標準封裝的模塊中，集成了 IGBT 模塊，IGBT 驅動電路、電壓電流反饋、保護模塊和 DSP 控制模塊，使得控制結構愈發(fā)簡單，控制性能與控制精度、響應速度均得到提高。直接轉矩控制是在定子坐標系下分析交流電動機模型，省去了矢 量變換等復雜的變換和計算，簡化了結構，易于用數(shù)字化控制元件實現(xiàn)；采用電壓空間矢量的概念分析電機模型和控制各物理量，使問題簡單明了，易于理解；由于采用的是定子磁鏈軸，只要知道定子電阻就可以把它觀測出來，減小了電機參數(shù)對性能的影響。 綜上所述 ，從仿真結果來看，采用本文中所涉