【正文】 控制異步電動機的磁鏈和轉矩 ,采用離散的兩點式調節(jié)器(BandBand 控制 ),把轉矩檢測值與轉矩給定值作比較 ,使轉矩波動限制在一定的容差范圍內(nèi) ,容差的大小由頻率調節(jié)器來控制 ,并產(chǎn)生 PWM 脈寬調制信號 ,直接對逆變器的開關狀態(tài)進行控制 ,以獲得高動態(tài)性能的轉矩輸出，其控制原理如圖 。 一方面 控制器采用 BangBang 控制，實際轉矩必然在上下限內(nèi)脈動； 另一方面 調速范圍受限 ， 低速時，轉矩脈動會增加，而且定子磁鏈觀測值會不準。 主電路 主要 由三相整流橋、 直流側 濾波電路 、 PWM 逆變器、輸出濾波器 組成；控制電路是以 DSP 控制器為核心， 由 PWM 波形發(fā)生器、隔離電路、保護電路、 信號 采樣電路、液晶 顯示與 鍵盤 電路等組成。 （ 2）三相逆變電路：將 DC530V 電壓逆變?yōu)轭l率、幅值可調的三相交流電，提供給負載。 （ 6）制動電路：實現(xiàn)能耗制動，避免產(chǎn)生泵升電壓，損壞功率器件。 本設計中采用了三相橋式不控整流電路，主要優(yōu)點是電路簡單，功率因數(shù)接近于 1。如圖 中的 C1 和 C2。電源指示燈DS除了指示電源通電外，還作為濾波電容放電通路和指示。 (2)額定狀態(tài)下直流側的平均功率 avP 本電源的額定容量為 KVA5 ,功率因素此處計算取 ，考慮到實際中功率開關管等會有損耗，功率因數(shù)按設計標準取 。 儲能電容的設計 儲能電容的參數(shù)通常按如下公式計算： L3~5 /C T R?（） （ ） 式中 T為輸入側直流電壓的脈動周期 , LR 為直流側等效負載電阻 ,裝置的額 定容量為 KVA5 ,考慮阻性負載 ,直流母線電壓為 VVE 514? ,則： ???? 22EEL PVR () 直流側為交流電壓 (50Hz)經(jīng)三相全橋整流后的電壓 ,其輸出 電壓一周期內(nèi)有 6 個脈波 ,則 1 ???T ,代入式 ()可得： L3 ~ 5 / ( 3 ~ 5 ) 0 . 0 0 3 3 3 / 5 2 . 8 4 1 8 9 ~ 3 1 5 μFC T R? ? ? ?（） () 考慮到為了提供更穩(wěn)定的直流母線電壓 ,實際設計中取 560 181。 而且水泥電阻比較便宜 ,因此經(jīng)常被選作為電源上的充電限流電阻 。 三相全橋逆變器具有電路拓撲簡潔，所用功率器件數(shù)少，功率開關電壓應力低等優(yōu)點，但為了提高帶不平衡負載的能力，必須在其 輸出端增加中點形成變壓器 ,從而在一定程度上增加了逆變器的體積和重量。由于每相可分別獨立控制 ,易實現(xiàn)模塊化結構，模塊冗余技術 ,因此系統(tǒng)的可靠性高 ,具有極強的帶不平衡負載能力。 逆變部分主要元件為 IGBT。實質上是防止因過電壓或過電流引起 IGBT 損壞或工作不穩(wěn)定。為了使電路工作更加安全可靠 ,這里取兩倍電流電壓安全裕量 ,綜合考慮元器件性價比等因素， 本課題選取 Infineon 公司生產(chǎn)的 SGW25N12O 型 IGBT,該器件具有封裝小 、 功耗低 、 功率壽命周期高等優(yōu)點 ,規(guī)格為 1200V/25A。 濾波器參數(shù)選擇時 ,應考慮以下幾點要求 : 在滿足輸出電壓波形失真度要 求的前提下 ,盡量提高濾波器的諧振頻率 ,以減小其體積和重量。 忽略電感線圈內(nèi)阻和電容漏電阻 ,帶純阻性負載 R的 L型濾波器傳遞函數(shù)為 : 22nn2n210 s2sj)s( ?????? ??????? LL C RR RVVGLLL （ ） 式中 n? 表示無 阻尼震蕩頻率，LC1n??； ? 為阻尼比， CLRL21?? ； 由式（ ）得： 武漢工程大學 畢業(yè)設計 14 ? ?? ? ? ?222101 LLCRRVVLL?? ??? () 由式（ ） 可知高頻信號通過濾 波器的衰減倍數(shù)為 LC21?，低頻信號則不衰減， 由此可見 L型濾波器是低通濾波器 ,其截至頻率： LC??? 2 12f nc ?? () 逆變輸出電壓基波頻率 f0《 fc時 ,濾波器對基波信號阻力小 ,允許其通過；最低次諧波頻率丘 fcfk1》 時 ,濾波器對最低次諧波阻力大 ,不允許其以及高于其頻率的信號通過。 由式（ ）可得： 2c2π LLCf? ???， () 式中 ? 為特性阻抗，CLCL nn1??? ??? 。 異步電動機在三相坐標系上的數(shù)學模型和性質 異步電動機在三相坐標系上的數(shù)學模型 異步電動機是一個高階、非線性和強耦合的多變量系統(tǒng)。其次，異步電動機的電磁轉矩是磁通和電流相互作用產(chǎn)生的，旋轉感應電動勢是轉速和磁通相互作用產(chǎn)生的，因此，在數(shù)學模型中會含有兩個變量的乘積項，再考慮磁飽和的因素，所以異步電動機的數(shù)學模型是一個非線性的系統(tǒng)。定子 A 、 B 、 C 及三相轉子繞組 a 、 b 、 c 在空間對稱分布 忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的 忽略鐵心損耗 不考慮溫度和頻率的變化對電機參數(shù)的影響 無論電動機轉子是繞線型的還是鼠籠型的，都將它等效成繞線轉子，并折算到定子側，折算后的每相繞組匝數(shù)都相等。轉子 a 軸和定子 A 軸間的電角度差 ? 為空間角位移變量。對于每一項繞組來說，它所交鏈的磁通是互感磁通與漏磁通之和，因此，定子各相自感為 lsmsCCBBAA LLLLL ???? () 轉子各相自感為 lrmslrmrccbbaa LLLLLLL ?????? () 式中， msL ， mrL — 定子、轉子互感， lsL ， lrL — 與磁通對應的定子和轉子每相漏感。電角度，在假設氣隙磁通為正弦分布的條件下，互感值為msmsms LLL 21)1 2 0c o s (1 2 0c o s ??????，于是 mscCCcbBBbaAAa LLLLLLL 21??????? （ ） msmraccbbacabcab LLLLLLLL 2121 ????????? （ ） 至于第二類，即定子、轉子繞組間的互感，由于相互位置的變化，可分別表示為 武漢工程大學 畢業(yè)設計 18 ?c o smscCCcbBBbaAAa LLLLLLL ?????? () )1 2 0c o s ( ???????? ?msaCCacBBcbAAb LLLLLLL () )1 2 0c o s ( ???????? ?msbCCbaBBacAAc LLLLLLL () 當定子、轉 子兩相繞組軸線一致時，兩者之間的互感值最大，就是每相的最大互感值 msL 。 把磁鏈方程（ ）代入電壓方程 ()，即得展開后的電壓方程為 iddLdtdiLRiidtdLdtdiLRiLipRiu ?????????? )( （ ） 式中， dtdiL 項屬于電磁感應電動勢中的脈變電動勢， iddL?? 項屬于電磁感應電動勢中與轉速 ? 成正比的旋轉電動勢?？梢姰惒诫妱訖C數(shù)學模型是一個多變量系統(tǒng)。 （ 4）異步電動機數(shù)學模型是一個強耦合系統(tǒng) 由式（ ）可以看出，異步電動機數(shù)學模型是一個變量間具有強耦合關系的系統(tǒng)。N2iαN3iBN3iC6 0o6 0oN3iAC 圖 三相定子繞組和兩相定子繞組中磁動勢的空間矢量位置關系 計算并整理后得 武漢工程大學 畢業(yè)設計 21 )2121(23 CBAs iiiNNi ???? （ ） )23230(23 CBs iiNNi ???? （ ） 用矩陣表示為 ????????????????????????????????CBAssiiiNNii232321210123?? （ ） 根據(jù)變換前后功率不變的原則，得到匝數(shù)比為 3223?NN （ ） 代入式（ ），得 ???????????????????????????????????????????CBASSCBAiiiCiiiii2/3232123210132?? （ ） 式中， SSC 2/3 表示從三相坐標系到兩相坐標系的變換矩陣 322/3 ?SSC ???????????????2321232101 （ ） 如果要從兩相坐標系變換到三相坐標系，可以利用增廣矩陣的方法，把 SSC 3/2 擴成方陣，求其逆矩陣后，除去增加的一列，即得 ?????????????????????? ?232302121112/33/2 SSSS CC （ ） 如果三相繞組是 Y 形聯(lián)結不帶零線，則有 0??? CBA iii ，或 BAC iii ??? 。通常以定子電流 si 代替。由于兩相繞組 ? 、 ? 在空間上的位置是固定的，因而 M 軸和 ? 軸的夾角 ? 是隨時間變化的，即 01 ??? ?? t ，其中 0? 為任意的初始角。根據(jù)圖 可以得到， ?si 、 ?si 和 sMi 、 sTi 之間存在下列關系 ??? s i nco s sTsMs iii ?? （ ） ??? c o ss i n sTsMs iii ?? （ ） 寫成矩陣形式，得 武漢工程大學 畢業(yè)設計 23 ??????????????????? ????????sTsMSRsTsMss iiCiiii 2/2c o ss ins inc o s ?????? （ ） 式中， ?????? ?? ???? c oss ins inc os2/2 SRC 是兩相旋轉坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣。具體的變換過程比較復雜，變換后得到的數(shù)學模型如下 : 電壓方程 ?????????????????????????????????????????????rqrdsqsdrrrsrsrrmmsmsmmmmmssssssrqrdsqsdiiiipLRLLpLRpLLLpLpLLLpLpLRLLpLRuuuu????????1111 （ ） 式中， mL — dq 坐標系定子與轉子同軸等效繞組間的互感msm LL 23?， sL — dq 坐標系定子等效兩相繞組的自感 sms LLL 1?? ， rL — dq 坐標系轉子等效兩相繞組的自感rmr LLL 1