【正文】 法終于得以完全實現(xiàn)。 （ 4）交流電機環(huán)境適應力強，堅固耐用，可以在十分惡劣的環(huán)境下使用。轉(zhuǎn)差功率如何處理 ,是消耗掉還 是回饋給電網(wǎng) ,可衡量異步電動機調(diào)速系統(tǒng)的效率高低。 交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和動向 1． 智能化控制方法對交流調(diào)速系統(tǒng)的影響研究 ， 主要針對電機參數(shù)的不確定性、純滯后或非線性耦合等特性 ,以及電機轉(zhuǎn)子參數(shù)估計的不準確及參數(shù)變化的影響都會造成定向坐標的偏移，模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡通過輸入、輸出信息進行仿人思維的智能化控制方法開始引入到交流調(diào)速系統(tǒng)中 ,成為 交流調(diào)速控制技術(shù)新的研究方向。如電力電子器件在零電壓或電流下轉(zhuǎn)換 ,即工作在所謂“軟開關”狀態(tài)下 ,從而使開關損耗降低到零。利用馬爾柯夫過程理論對容錯控制系統(tǒng)進行可靠性建模 ,研究冗余和容錯系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設計也是交流 調(diào)速研究的新領域 ,是熱點課題之一。它將計算、可視化和編程結(jié)合在一個易于使用的環(huán)境中，此而將問題解決方案表示成我們所熟悉的數(shù)學符號，其典型的使用包括 : .數(shù)學計算 .運算法則的推導 .模型仿真和還原 3 .數(shù)據(jù)分析，采集及可視化 .科技和工程制圖 .開發(fā)軟件，包 括圖形用戶界面的建立 MATLAB 是一個交互式系統(tǒng)，它的基本數(shù)據(jù)元素是矩陣，且不需要指定大小。 MATLAB 在擁有很多用戶的同時經(jīng)歷了許多年的發(fā)展時期。作為用戶不可缺少的工具箱，它可以使你學習和使用專門技術(shù)。在美國，MATLAB 是大學生和研究生必修的課程之一。 MATLAB 系統(tǒng)可分為五個部分 : （ 1） MATLAB 語言： 這是一種高級矩陣語言，其有著控制流程狀態(tài)，功能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，輸入輸出及面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴Ｍ瑫r也有開發(fā)、管理、調(diào)試 profiling、 Mfiles、MATLAB、 sapplications 的系列工具。 （ 4） MATLAB 數(shù)據(jù)功能庫： 它擁有龐大的數(shù)學運算法則的集合，包含有基本的加 、 正弦 、 余弦功能到復雜的求逆矩陣及求矩陣的特征值， Bessel 功能和快速傅立葉變換。系統(tǒng)也能采用復合速率，也就 4 是不同的部分用不同的速率來采樣和更新。 Simulink 擁有全面的庫，如接收器，信號源，線形及非線形組塊和連接器。這種途徑可以深入了解 模型的組織和模塊之間的相互作用。進一步，可以改變其中的參數(shù)同時可以立即看到結(jié)果的改變，仿真結(jié)果可以放到MATLAB 工作空間來做后處理和可視化。因此，把直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號當做電流給定信號，也就是轉(zhuǎn)矩給定信號。1rL sRr39。 控制轉(zhuǎn)差頻率就相當于控制了轉(zhuǎn)矩 ，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。如果忽略電流相量相位變化的影 響，不同定子電流時恒1gE? 控制所需的電壓 頻率特性1( , )ssU f I?? 如圖 所示。 （ 2）在不同的定子電流值時，按上圖的函數(shù)關系 1( , )ssU f I?? 控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通 m? 恒定。由此可見，轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠像直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)那樣獲得較好的靜、動態(tài)性能，是一個比較優(yōu)越的控制策略， 屬于高性能的控制系統(tǒng)。在輸出變量中，除轉(zhuǎn)速外，磁通也得算一個獨立的輸出變量。 3． 三相異步電動機有三個定子繞組，轉(zhuǎn)子也可等效為三個繞組，每個繞組產(chǎn)生磁通時都有自己的電磁慣 性，再算上運動系統(tǒng)的機電慣性和轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角的積分關系，即使不考慮變頻裝置的滯后因素，也是一個八階系統(tǒng)。所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙周圍按正弦規(guī)律分布； （ 2） 忽略磁路飽和，認為各繞組的自感和互感都是恒定的； （ 3）忽略鐵心損耗； （ 4）不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。 這時，異步電動機的數(shù)學模型由下述電壓方程，磁鏈方程，轉(zhuǎn)矩方程和運動方程組成。由于折算后定、轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)相等，且各繞組間互感磁通都通過氣隙，磁阻相同，故可認為 msL = mrL 。 c o s c o s ( 1 2 0 ) c o s ( + 1 2 0 )c o s ( + 1 2 0 ) c o s c o s ( 1 2 0 )c o s ( 1 2 0 ) c o s ( + 1 2 0 ) c o sTr s s r m sL L L? ? ?? ? ?? ? ??????? ? ???? （ 214） 將磁鏈方程代入電壓方程，即得展開后的電壓方程： () d i d Lu R i p Li R i L id t d t? ? ? ? ?di dLRi L idt d ??? ? （ 215） 其中， /Ldi dt 項屬于電磁感應電動勢中的脈變電動勢， ( / )dL d i?? 項屬于電磁感應電動勢中與轉(zhuǎn)速 ? 成正比的旋轉(zhuǎn)電動勢。 將式（ 21），式（ 216），式（ 220）和式（ 221）綜合起來，再加上 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)角 的關系 : ddt??? （ 222） 以上各式便構(gòu)成恒轉(zhuǎn)矩負載下三相異步電動機的多變量非線性數(shù)學模型，用結(jié)構(gòu)圖表示如下圖所示： 13 1?? ）（ LPR L1? 2?ppJnu i ?TlTe?1??re?? 圖 上圖表明異步電動機的數(shù)學模型有下列具體性質(zhì)： （ 1） 除負載轉(zhuǎn)矩輸入外，異步電動機可以看成一個雙輸入雙輸出的系統(tǒng)，輸入量是電壓相量和定子輸入角頻率，輸出量是磁鏈相量和轉(zhuǎn)子角速度，電流相 量可以看作是狀態(tài)變量。 矢量控制技術(shù)思想 異步電動機的數(shù)學模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，通過坐標變換，可以使之降階并化簡，但并沒有改變其非線性、多變量的本質(zhì)。 矢量控制是一種高性能異步電動機控制方式，它基于電動機的動態(tài)數(shù)學模型，通過坐標變換，將交流電機模型轉(zhuǎn)換成直流電機模型。矢量控制方式又有基 于轉(zhuǎn)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。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準確的被控 14 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。 1． 坐標變換的基本思想和原則 從上節(jié)分析異步電動機動態(tài)數(shù)學模型的過程中可以看出，這個數(shù)學模型之所以復雜，關鍵是因為有一個復雜的電感矩陣，也就是說，影響磁鏈和受磁鏈影響的因素太多了。勵磁繞組 F和補償繞組 C都在定子上，只有電樞繞組 A是在轉(zhuǎn)子上。這樣，電刷兩側(cè)每條支路中導線的電流方向總是相同的，因此，當電刷位于磁極的中性線上時，電樞磁動勢 的軸線始終被電刷限定在 q 軸位置上，其效果好像一個在 q 軸上靜止繞組的效果一樣。這是直流電機的數(shù)學模型及控制系統(tǒng)比較簡單的根本原因。 眾所周知，在交流電機三相對稱的靜止繞組 A， B， C中，通過三相平衡的正弦電流ai ， bi ， ci 時，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢 F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速1? ,(即電流的角頻率 )順著 ABC的相序旋轉(zhuǎn)。 圖中的 （ c） 中的兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組 M 和 T ，其中分別通以直流電流mi 和 ti 產(chǎn)生合成磁動勢 F，其位置相對于繞組來說是固定的。如果控制磁通 ? 的位置在 M軸上，就和直流電機的物理模型沒有本質(zhì)上的區(qū)別了。 （ a)三相交流繞組 （ b)兩相交流繞組 如果控制磁動勢也和前述的三相和兩相磁動勢一樣，這套旋轉(zhuǎn)的直流繞組也就和前面兩套固定的交流 繞組都等效了。 16 （ c)旋轉(zhuǎn)的 直流繞組 圖 等效的交流電機繞組和直流電機繞組物理模型 由此可見，以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動勢為準則，三相交流繞組、兩相交流繞組與整體旋轉(zhuǎn)的直流繞組彼此等效。 2． 三相 兩相變換（ 3s/2s 變換） 由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子繞組間的互感是定、轉(zhuǎn)子相對位置的函數(shù)，使得交流電機的數(shù)學模型為一組非線性的微分方程。設三相繞組每相有效匝數(shù)為 3N ,兩相繞組每相有效匝數(shù)為 2N ,各相磁動勢為有效匝數(shù)與電流的乘積，其空間矢量均位于有關的坐標軸上。把兩個坐標系畫在一起，如下圖所示： 在上圖中，兩相交流電流 ii??和 和兩個直流電流 dqii和 ，產(chǎn)生同樣的以同步轉(zhuǎn)速 1? 旋轉(zhuǎn)的合成磁動勢 sF 。 兩相靜止和 dq0坐標系如圖 所示，由式（ 227）可得 0c os s i n 0s i n c os 00 0 0 1dqiii??????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 232） 再有（ 227）可得 3 / 2c o s s i n 0s i n c o s 00 0 0 1dAqBCiii C ii????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 233） 可得 19 ? ? ? ?? ? ? ?3 / 2c o s c o s 1 2 0 c o s 1 2 0s in s in 1 2 0 s in 1 2 02 2 22 2 2srC? ? ?? ? ???????? ? ? ? ????? （ 234） 交流異步電機在兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標系上的數(shù)學模型 1． dq0 坐標系上的磁鏈方程 利用變換矩陣將定子三相磁鏈 A? ﹑ B? ﹑ C? 和轉(zhuǎn)子三相磁鏈 a? ﹑ b? ﹑ c? 變換到dq0 坐標系上去。 異步電機在兩相靜止坐標系（ ?? 坐標系）上的數(shù)學模型 ?? 坐標系上的數(shù)學模型是任意旋轉(zhuǎn)坐標系數(shù)學模型當坐標轉(zhuǎn)速等于零時的特例。而可選的變量有 9 個，即轉(zhuǎn)速 ? ， 4個電流變量 sdi ﹑ sqi ﹑ rdi ﹑ rqi 和 4 個磁通變量 sd? ﹑ sq? ﹑ rd? ﹑rq? 。以下主要介紹第一種狀態(tài)方程（ rsi????狀態(tài)方程） 對于同步旋轉(zhuǎn)坐標系， 1dqs??? ， 1dqr s? ? ? ?? ? ?，考慮到籠型轉(zhuǎn)子內(nèi)部式短路的，則 0rd rquu??，代入電壓方程式（ 243）中，可得 1sd s sd sd squ R i p? ? ?? ? ? 1sq s sq sq sdu R i p? ? ?? ? ? ? ?10 r rd rd rqR i p? ? ? ?? ? ? ? ? ?10 r rq rq rdR i p? ? ? ?? ? ? ? （ 249） 由式（ 338），則（ 349）第 3,4 式可以解出 ? ?1rd rd m sdri L iL ??? ? ?1rq rq m sqri L iL ??? 代入轉(zhuǎn)矩方程（ 344）得 ? ?pme s q r d m s d s q s d r q m s d s qrnLT i L i i i L i iL ??? ? ? ? ? ?pm sq rd sd rqrnL iiL ???? （ 250） 將（ 238）代入式（ 249），消去 rdi ﹑ rqi ﹑ sd? ﹑ sq? 再將（ 250）代入運動方程（ 221），經(jīng)整理后即得狀態(tài)方程 23 ? ?2p m ps q r d s q r q Lrn L nd i i Td t J L J? ??? ? ? （ 251） ? ?11r d mr d r q s drrdL id t T T? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 252） ? ?11rq mr q r d s qd L id t T T? ? ? ? ?? ? ? ? ? （ 253）sd m mrd rqr s r s rd i L Ld t L L T ? ? ????? LL22 12s r r m sdsd sqs r sR L R L uiiL L L????? ? ? （ 254） sq mmrq rdr s r s rdi LLd t L L T ? ? ????? LL22 12 sqs r r m sq sds r suR L R L iiL L L????? ? ? （ 255）式中 ? ：電機漏磁系數(shù)， 21 msrLLL? ?? ； rT :轉(zhuǎn)子電磁時間常數(shù)， rrrLT R? 。這樣，在轉(zhuǎn)速變化過程中，電動機的定子電流頻率始終能隨轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速同步變化，使轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)更為