【正文】 在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中， 1dqs??? ， 1dqs r s? ? ? ?? ? ?，同時鼠籠型電機(jī)轉(zhuǎn)子是短路的，0rd rqUU??，所以式（ ）變?yōu)? 11110 ( )0 ( )s d s s d s d s qs q s s q s q s dr r d r d r r qr r q r q r r dU R i pU R i pR i pR i p? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ??? ? ? ??? ? ? ? ??? ? ? ? ?? () 將是（ ）帶入式（ ）中的后兩個式子得到 111 ()1 ()r d mr d r r q s drrrq mr q r r d s qrrdL id t T Td L id t T T? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ??? () 式中 , rr rLT R?—— 轉(zhuǎn)子時間常數(shù) 將式（ ）帶入式（ ），并用 m、 t 代替 d、 q 可得 110 ( )r d mr d s mrrmr r s trdL id t T TL iT? ?? ? ?? ? ? ????? ? ? ??? () 由式（ ）得到 11m sdrsrrmr smrLiTL iTp? ? ? ??? ? ? ????? ?? ?? () 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –21– 式（ ）和式（ ）構(gòu)成了轉(zhuǎn)子磁場控制的基本方程。 磁場定向控制方式分為定子磁場定向、氣隙磁場低定向和轉(zhuǎn)子磁場定向，本文采用的是轉(zhuǎn)子磁場定向的控制方式 [18]。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩由正交的勵磁電流產(chǎn)生的磁場和電樞電流產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生。 （ 2）電壓方程 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –18– s d s s d s d d q s s qs q s s q s q d q s s dr d r r d r d d q r r qr q r r q r q d q r r dU R i pU R i pU R i pU R i p? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ??? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ?? () 將磁鏈方程帶入電壓方程得到如下形式 sd sds s dqs s m dqssq sqdqs s s s dqs mm dqr m r r dqrrd rddqr m m dqr r rrq rqUiR L p L L p L mL R L p L m L pL p L R L p L rL L p L r R L p????????? ? ? ?? ? ???? ? ? ????? ? ? ??? ? ? ?? ? ?? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? () 電壓方程比三相靜止坐標(biāo)系上的電壓方程降低了維數(shù)。 如圖 所示，三相靜止坐標(biāo)系（ ABC 坐標(biāo)系）和兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（ dq 坐標(biāo)系）。 αβ 坐標(biāo)系上的兩相交流電流 iα、 iβ和 dq 坐標(biāo)系上的兩相直流電流 id、 iq 產(chǎn)生相等的合成磁動勢 Fs，它也以同步角速度 ω1 旋轉(zhuǎn)。設(shè)三相繞組每相匝數(shù)為N3，兩相繞組每相匝數(shù)為 N2，各相磁動勢為匝數(shù)和電流的乘積，磁動勢矢量在相應(yīng)的坐標(biāo)軸上。直流電機(jī)的勵磁繞組和電樞繞組完全解耦，分析和控制都很簡單。 （ 3）轉(zhuǎn) 矩方程 轉(zhuǎn)矩磁鏈方程 顯然比較復(fù)雜，為了方便起見，可以將它寫成分塊的矩陣形式 sss s r srsr r r rL LiL Li?? ?? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? （ ） 其中 AsBC??????????????? arbc??????????????? arbciiii????? ?????? AsBCiiii??????????? （ ） （ ） （ ） 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –12– （ ） 根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理。由于繞組的對稱性，各相的漏感相等。磁鏈方程的矩陣形式 AAA A A B A C A a A b A cBBB A B B B C B a B b B cCCCA CB CC Ca Cb Cca A a B a C a a a b a caab A b B b C b a b b b cbbc A c B c C c a c b c ccciL L L L L LiL L L L L LiL L L L L LL L L L L L iL L L L L L iL L L L L L i??????? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ? () LAA、 LBB、 LCC 為定子繞組的自感。 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –9– 三、 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制 （一） 異步電機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型 與坐標(biāo)變換 異步電動機(jī)是一個多變量，強(qiáng)耦 合系統(tǒng)，它的數(shù)學(xué)模型由電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程組成 [25]。 但是二極管鉗位型三電平逆變器結(jié)構(gòu)也有它 固有的不足： 1. 需要鉗位二極管，對三電平來說，鉗位二極管承受反壓相同，但是對于更多電平電路來說，鉗位二極管承受反壓最高為 (M2)/(M1)，最低為 1/(M1)，其中 M 為電平數(shù)。 2. 三電平輸出電壓電平數(shù)增多，各級電平間的幅值變化降低，低的 dv/dt 對外圍電路的干擾減小，對電機(jī)的沖擊小，在開關(guān)頻率附近的諧波幅值也小。 (b)開關(guān)損耗增加一倍。負(fù)載電流仍然能通過二極管D1， D2 流入直流側(cè)。 （ a）開關(guān)信號 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –7– （ b）當(dāng) iA0 時換向過程 （ c）當(dāng) iA0 時換向過程 圖 開關(guān)狀態(tài)從 [O]到 [P]的換向過程 在換相δ時刻， S3 關(guān)斷，電流 iA 通過二極管 D1， D2 續(xù)流， Vs1=Vs2=0。 當(dāng) iA0 時，換向過程如圖 (c)所示。 在換向δ時刻， S3 關(guān)斷，電流 iA 仍然保持，當(dāng) S3 完全關(guān)斷后， S3， S4 兩端的電壓 Vs3=Vs4=E/2。 (c)所有的開關(guān)是理想開關(guān)。根據(jù) A 相負(fù)載電流的方向，分兩種情況分析。 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –6– 表 二極管箝位式三電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)和輸出電平 為了分析逆變器的開關(guān)器件的換向過程，假設(shè)開關(guān) S3 關(guān)斷， S1 導(dǎo)通，開關(guān)狀態(tài)由O 變?yōu)?P。 當(dāng)逆變器電路需要輸出電壓較高時，開關(guān)器件的耐壓不夠，這時可以對電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，以使得在當(dāng)前開關(guān)器件耐壓水平下，獲得更高的電壓輸出，二極管鉗位型三電平電路是最早提出的一種拓?fù)洹Ｍㄟ^對基本電路單元的不同組合，可以生成不同電平數(shù)以及不同電路特性的多種電路。 du/dt 的降低減小了對外圍電路和電機(jī)的影響 [17]。所以提出了多電平逆變器適應(yīng)負(fù)載的要求 [3]，目前只有二極管嵌位式三電平逆變器在中壓大功率傳動系統(tǒng)中得到了實際應(yīng)用 [5]。 理論上，逆變器的電平數(shù)越多，所得到的階梯數(shù)越多，從而更接近于正弦波，諧波含量越小。 2. 分析了異步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系和兩相同 步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型，研究了異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制的原理和 磁鏈觀測模型。 （四）課題研究的主要內(nèi)容 多電平逆變器因為耐壓高，輸出諧波含量少等優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于在高壓大功率應(yīng)用領(lǐng)域，三電平逆變器是多電平逆變器中應(yīng)用最廣 泛的一種。但由于其運(yùn)算非常復(fù)雜，當(dāng)時的控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)?？刂苿畲欧至繛楹愣ㄖ担ㄟ^控制電流轉(zhuǎn)矩分量控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，這種控制方法和直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制相似。 2. 轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)的發(fā)展概況 德國的 在 1971 年提出矢量控制 理論。但是沒有瞬時轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，所以會影響動態(tài)性能。異步電機(jī)的控制包括恒壓頻比控制、滑差頻率控制。但直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)速、電壓、功率受到 環(huán)境影響，價格昂貴。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合。多電平逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電壓等級、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合具有廣泛的應(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輸出周期內(nèi)橋臂的相電壓為兩電平波，高頻時產(chǎn)生很大的浪涌電壓和開關(guān)損耗，無法應(yīng)用在高壓輸出逆變器場合。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。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。 Asynchronous Motor。因此，本文 對結(jié)合 三電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制的 問題 進(jìn)行 了 研究。 本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計） 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 The Simulation Research on Asynchronous Motor Control System Based on Rotor FieldOriented 獨(dú)創(chuàng)性說明 作者鄭重聲明：本畢業(yè)論文（設(shè)計）是我個人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得研究成果。 作者簽名： ___________ 日期： __ __異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 I 摘 要 三電平逆變器因為其可以實現(xiàn)更高的電壓等級，輸出較少的諧波含量等優(yōu)勢在高壓大功率的逆變場合得到了廣泛的應(yīng)用，而轉(zhuǎn)子磁場定向控制是應(yīng)用最廣泛的調(diào)速方法。 關(guān)鍵詞 ： 三電平逆變器；異步電機(jī)；轉(zhuǎn)子磁場定向控制； MATLAB 仿真 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 II 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