【正文】 這種情況下，電 壓空間 矢量對(duì)電 磁轉(zhuǎn)矩 的影響， 可以得 出以下結(jié) 論： (1)所加電壓矢量 超前于當(dāng) 前定子 磁鏈時(shí)， 轉(zhuǎn)矩增 大。如果 AD 起主導(dǎo)作用，則 OB OA ；如果 BD 起主導(dǎo)作用，則OB OA 在圖 311 中，根 據(jù)平面幾 何知識(shí) ， AB = sut? ， AD = cosAB ? = cossut?? ，OD = OA AD = S? cossut?? ， BD = AB sin? = sut? sin? 。 圖 311 表示電壓 空間矢量 與定子 磁鏈幅值 的變化 關(guān)系： ( 0 0 0 )( 1 1 1 )u s 2 ( 0 0 0 )u s 3 ( 0 1 0 )u s 4 ( 0 1 1 )u s 5 ( 0 0 1 )u s 1 ( 1 0 0 )Ψ su s 6 ( 1 0 1 )ω e 圖 39 電壓空間矢量與磁鏈空間矢量幅值的變化關(guān)系 假設(shè)某一時(shí) 刻定子 磁鏈?zhǔn)噶?為 s? ，當(dāng)施加電壓 矢量 1su ， 2su ， 6su 時(shí)，定子磁鏈幅 值增加 ；當(dāng) 施加電壓 矢量 3su 、 4su 、 5su 時(shí)，定子 磁鏈幅值 減小 ；當(dāng)施加零電壓 矢量時(shí) ，定子磁 鏈為零 。當(dāng) 定子磁鏈 空間矢 量 ()s t?在圖 39 所示位置 時(shí) (其頂點(diǎn)在邊 S1 上 )，如果逆變 器加到 定子上的 電壓空間矢量 ()sut為 3su (010)，則根據(jù)式 （ 313)，定子磁鏈 空間矢量 ()s t? 軌跡 ，朝著電壓空 間矢量 3su (010)所作用 的方向運(yùn) 動(dòng)。 用電壓空間 矢量表 示的離散 電壓狀 態(tài)如圖 39 所示。 這種 模型 只有 在被 積分 的差 值 較大 時(shí)才 能提 供正確的結(jié)果， 只有在 10％額定 轉(zhuǎn)速以上 ，特別 是在 30％額定轉(zhuǎn)速 以上時(shí) ，才能夠非常準(zhǔn) 確地估 計(jì)定子磁 鏈。同 樣的，電壓 矢量 2V 、 3V 和 4V 作用時(shí)，轉(zhuǎn) 矩會(huì)增大 ； 1V 、 2V 和 6V 作用時(shí)， 轉(zhuǎn)矩會(huì) 減小 。如圖 34 所示，共有 6 個(gè)扇區(qū) (每 個(gè)扇區(qū)占 60 )。其控制原理如 下： 首先 ，在 三相 靜 止坐 標(biāo)系 下， 將電 磁 轉(zhuǎn)矩 表示 為電 動(dòng) 機(jī)定 子磁 鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的函 數(shù)： 213 s in ( 3 1 )21 c o sme p S rSRmSrLTnLLLLL? ? ???? ?? ?????????????????????????? ???其 中 式中 S? , r? —— 定子磁鏈、 轉(zhuǎn)子磁鏈 ； SL , rL , mL —— 定子電感、 轉(zhuǎn)子電感 、定子 轉(zhuǎn)子 之間 的互感 ； pn —— 電動(dòng)機(jī)極 對(duì)數(shù) ； eT —— 電磁轉(zhuǎn) 矩 ； ? —— 轉(zhuǎn)矩角， 即定子 磁鏈與轉(zhuǎn) 子磁鏈 之間的夾 角 ； 在電 動(dòng)機(jī) 實(shí)際 運(yùn)行 中， 保持 定 子磁 鏈幅 值為 額定 值， 以 便充 分利用電動(dòng) 機(jī)鐵 心； 轉(zhuǎn)子 磁鏈 幅值 由負(fù) 載決 定。 (4)運(yùn)動(dòng)方程 eL pJdTT n dt??? (225) LT —— 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ； ? —— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速； J—— 電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量； eT , pn —— 同上 以 上 構(gòu) 成 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 在 兩 相 以 任 意 轉(zhuǎn) 速 旋 轉(zhuǎn) 的 坐 標(biāo) 系 上 的 數(shù) 學(xué) 模型。 。 三相繞組 軸線彼 此在空間 的相位 差是177。 異步電機(jī)三相原始數(shù)學(xué)模型 （ 1） 電壓方程 三相定子繞組 的電壓 平衡方程 為 ： 與此相應(yīng)，三 相轉(zhuǎn)子 繞組折算 到定子 側(cè)后的電 壓方程 為 ： 式中 : Au , Bu , Cu , au , bu , cu — 定子和轉(zhuǎn)子相 電壓的 瞬時(shí)值； Ai , Bi , Ci , ai , bi , ci — 定子和轉(zhuǎn) 子相電 流的瞬 時(shí)值 。圖中， 定子三相繞組軸線 A,B,C 在空間是 固定的 ； 轉(zhuǎn)子三 相繞組軸線 a， b， c 隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子 a 軸和 定子 A 軸間的電 角度 ? 為空間角位 移變量。 因此，直 接轉(zhuǎn)矩 控制一問(wèn) 世便受 到廣泛關(guān) 注。 近幾 年來(lái) ，人 工智 能技 術(shù) —— 如 專 家系 統(tǒng)、 模糊 邏輯 和人 工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，正在顯示 出其實(shí) 現(xiàn)變頻調(diào) 速的智 能化自適 應(yīng)控制 的巨大希 望所在 ，有研 究結(jié) 果表 明， 智能 控制 技術(shù) 的 有 效利 用， 可使 變 頻調(diào) 速系 統(tǒng)做 到高效、自適應(yīng)、 自診斷 、自保護(hù) 、動(dòng)態(tài) 性能優(yōu)良 。 改善調(diào)速系 統(tǒng)動(dòng)態(tài) 性能的關(guān) 鍵在于 如何實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)矩控 制。在 運(yùn)動(dòng) 控制 系統(tǒng) 中， 直 接轉(zhuǎn) 矩控 制作 為一種新 型的 交流 調(diào)速 技術(shù) ，其 控制 思想 新穎 、控 制結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn)單 、控 制手 段直接、 轉(zhuǎn)矩 響應(yīng) 迅速 ，正 在運(yùn) 動(dòng)控 制領(lǐng) 域中 發(fā)揮 著巨 大 的作 用。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日 蘭州理工大學(xué)畢業(yè) 論文 II 摘 要 本 論文 討論了 異步電 機(jī)數(shù)學(xué)模 型的建 立， 闡述 了直接 轉(zhuǎn)矩控制 的 基本原理 ， 并在 此基礎(chǔ) 之上 建立 了 異步 電機(jī) 直接 轉(zhuǎn)矩控 制 變頻調(diào) 速 系統(tǒng) 的模型，并進(jìn)行 了仿真 調(diào)試。 論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。 本文 針對(duì) PWM 逆變器供電驅(qū)動(dòng) 的異步 電機(jī) 直接 轉(zhuǎn)矩 控 制變頻調(diào) 速系統(tǒng)的特點(diǎn)， 在 Matlab環(huán)境下 ，利用 S imulink /Power System Blockset，采用結(jié)構(gòu)化和 模塊化 的方法 ， 對(duì)異 步電機(jī) 變頻調(diào)速 系統(tǒng)進(jìn) 行了建模 和仿真 ，并 詳細(xì)介紹了 各子模 塊的構(gòu)造 方法及 功能。此 種控制技 術(shù)有開(kāi) 環(huán)和閉環(huán) 兩種形 式 ， 采用開(kāi) 環(huán)時(shí)用于 一般 生產(chǎn) 機(jī)械 ，但 靜態(tài) 和動(dòng) 態(tài)性 能都 不太 理想 ， 采用 閉環(huán) 則可 改善系統(tǒng)性能。 采 用空 間電 壓矢 量分析方 法進(jìn) 行計(jì) 算， 直接 控制 轉(zhuǎn)矩 ，免 去了 矢量 變換 的 復(fù)雜 計(jì)算 。 與 矢量 控 制相 比 ，直 接轉(zhuǎn) 矩控 制的 主 要優(yōu) 點(diǎn)是 ：在 定 子坐 標(biāo)系 下對(duì)電動(dòng) 機(jī)進(jìn) 行控 制， 摒棄 了向 量控 制中 的解 耦思 想， 直 接控 制電 動(dòng)機(jī) 的磁鏈和 轉(zhuǎn)矩 ，并 用定 子磁 鏈的 定向 代替 轉(zhuǎn)子 磁鏈 的定 向 ，避 開(kāi)了 電動(dòng) 機(jī)中不易 確定 的參 數(shù)（ 轉(zhuǎn)子 電阻 ）。 異步 電動(dòng) 機(jī)的 動(dòng)態(tài) 數(shù)學(xué) 模 型和 直流 電動(dòng) 機(jī)的動(dòng)態(tài) 數(shù)學(xué) 模型 相比 有著 本 質(zhì) 上的 區(qū)別 ，是 一個(gè) 高階 、 非線 性、 強(qiáng)耦 合的多變量系統(tǒng)。不 同電動(dòng)機(jī) 模型彼 此等效的 原則是：在不同坐 標(biāo)系下所產(chǎn)生的磁 動(dòng)勢(shì)完 全相同。 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(guò)氣隙， 磁阻相 同，故可 認(rèn)為 msL = mrL 其中： 定子互 感 msL —— 與定子一相 繞組交鏈 的最大 互感磁通 ； 轉(zhuǎn)子互感 mrL —— 與轉(zhuǎn)子一相 繞組交 鏈的最大 互感磁 通。 。me ?? ?????? ii WnWT ??iLLiiLi???????????? ??????002121rssrppe???TT nnT][][ cbaCBArs iiiiiiTTT ?? iii?????? ???????? rsrssrsrpe 21 iLiiLi ?? TTnT)]1 2 0s in ()()1 2 0s in ()(s in)[(bCaBcAaCcBbAcCbBaAmspe????????????????iiiiiiiiiiiiiiiiiiLnT??? pppLe nKnDdtdnJTT ????蘭州理工大學(xué)畢業(yè) 論文 9 D —— 與轉(zhuǎn)速成正 比的阻轉(zhuǎn) 矩阻尼 系數(shù)； K —— 扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn) 矩系數(shù)。 (3)轉(zhuǎn)矩方程 ()e p m sq rd sd rqT n L i i i i?? (228) 式中 eT —— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 矩 ； pn —— 電動(dòng)機(jī) 極對(duì)數(shù) ； mL , sqi , rdi , sdi , rqi — — 同上 (4)運(yùn)動(dòng)方程 eL pjdTT n dt??? (229) 式中 LT —— 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ； ? —— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速 ； J —— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量 ； eT , pn —— 同上 以上構(gòu)成異步 電動(dòng)機(jī) 在兩相靜 止 坐標(biāo) 系下的數(shù) 學(xué)模型 。 102 H B T e圖3 轉(zhuǎn) 矩 滯 環(huán) 控 制 器3 蘭州理工大學(xué)畢業(yè) 論文 14 數(shù)學(xué)表達(dá)式如 下： ee=1=0T T e TT T e TE H B HE H B H????當(dāng) 時(shí) ，當(dāng) 時(shí) ， 式中， 2TeHB為轉(zhuǎn)矩控 制器的總 滯環(huán)帶 寬 給定定子磁 鏈?zhǔn)噶?s? *的圓形軌跡 在滯環(huán)內(nèi) 沿逆時(shí) 針?lè)较蛐?轉(zhuǎn) ，如圖34 所示。通過(guò)查表 31，可以選擇適 當(dāng)?shù)碾妷?矢量作 用于電機(jī)，其電壓矢 量實(shí)際上同時(shí)對(duì)電 機(jī)的轉(zhuǎn) 矩和磁鏈 進(jìn)行控 制。 以上 詳細(xì) 討論 了在 三相 靜止 坐 標(biāo)系 下異 步電 動(dòng)機(jī) 直接 轉(zhuǎn) 矩控 制的基本原理， 由于 三相 兩相 變換 下并 不改變 轉(zhuǎn)矩的計(jì) 算方法 和控制方 法，所以在兩相靜止 坐標(biāo)系 下同樣適 用。 8 種可能的開(kāi)關(guān)狀 態(tài)可以 分成兩類：一類是 6 種工作 狀態(tài)，即表 33中的狀態(tài)“ 1”到 狀態(tài)“ 6，它們的 特點(diǎn)是 三相負(fù)載 并不都 接到相同 的電位上；另一 類開(kāi)關(guān) 狀態(tài)是零 開(kāi)關(guān)狀 態(tài)，如表 3 3 中的狀態(tài)“ 0”和狀態(tài)“ 7”，它們的特點(diǎn)是 三相負(fù) 載都被接 到相同 的電位上 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè) 論文 18 ( 0 0 0 )( 1 1 1 )u s 2 ( 0 0 0 )u s 3 ( 0 1 0 )u s 4 ( 0 1 1 )u s 5 ( 0 0 1 )u s 6 ( 1 0 1 )u s 1 ( 1 0 0 ) 圖 37 用電壓空間矢量表示的離散的電壓狀態(tài) 電壓空間矢量對(duì)定子磁鏈的影響 逆變器的輸出 電壓 ()sut直接加到三 相異步電 動(dòng)機(jī)的 定子繞組 上，由此得到定子磁鏈 ()s t? 為： ? ?( ) ( ) ( )s s s st u t i t R d t? ??? (36) 若忽略定子電 阻壓降 的影響， 則： ( ) ( )sst u t dt? ?? (37) 上式 表示 定子 磁 鏈空 間矢 量與 定子 電 壓空 間矢 量之 間 為積 分關(guān) 系。 則 得 到 定 子 磁 鏈 的 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 依 次 沿 邊S1S2S3S4S5S6 形成了 正六邊形 磁鏈。 在這種情況 下，定子 磁鏈幅 值的變化 情況的 嚴(yán)格數(shù)學(xué) 推導(dǎo)過(guò) 程如下 ：oDCBAα 圖 311 所加電壓矢量與磁鏈?zhǔn)噶?的夾角 大 于 90 時(shí) 磁鏈幅值變化的數(shù)字推導(dǎo)示意圖 如上圖所示 ，當(dāng)定子 磁鏈?zhǔn)?量幅值為 OA 時(shí)，電壓 矢量和 作用時(shí)間 的乘積的幅值 為 AB ， OA , AB 兩者的夾角為 ? ， ? 90 。 電壓空間矢量對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響 根據(jù) 前面 分析 ，當(dāng) 施加 電壓 空 間矢 量時(shí) ，如 果忽 略定 子 磁鏈 幅值的變化 ，只 考慮 定子 磁鏈 相位 角的 變化 ，由 于轉(zhuǎn) 子磁 鏈 在電 壓矢 量作 用過(guò)程中 變化 緩慢 ，可 以近 似認(rèn) 為保 持不 變， 因此 轉(zhuǎn)矩 角 發(fā)生 了變 化。 如果 同時(shí) 考慮 定子 磁鏈 幅值 和 相位 角的 變化 ，則 轉(zhuǎn)矩 的 變化 趨勢(shì)取決于定子磁鏈 幅值和 轉(zhuǎn)矩角乘 積的變 化趨勢(shì)。 上述 分析 可以 得出 如下 結(jié)論 ： 所加 電壓 矢量 與當(dāng) 前定 子 磁鏈 的夾角小于 90 時(shí)，定子 磁鏈幅 值的變 化趨勢(shì) ，與 所加電 壓矢量 和作用 時(shí)間 的乘積在 定子 磁鏈 方向 上的 分量 和在 與定 子磁 鏈垂 直方 向 上的 分量 哪個(gè) 起主導(dǎo)作 用有 關(guān)。 如圖 310 所 示。 從以上分析過(guò) 程可以 得出如下 結(jié)論：