【正文】 第一，直接轉(zhuǎn)子磁鏈觀測的方法不準(zhǔn)確，間接轉(zhuǎn)子磁鏈觀測方法受轉(zhuǎn)子時間常數(shù)的變化影響。 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –32– 圖 85%實際電機(jī)轉(zhuǎn)子阻值時電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈波形 圖 115%實際電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻時電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈波形 由于轉(zhuǎn)子漏感比較小，所以漏感的變化對系統(tǒng)影響不大。啟動時給定轉(zhuǎn)速為 1748r/min,在第 7 秒時給定 1850r/min，大于額定轉(zhuǎn)速1800r/min，從圖中可以看出磁鏈幅值下降到 ，從而使轉(zhuǎn)矩上升，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到1850r/min。 （ 4）如圖 所示為電流的勵磁分量 ism 和轉(zhuǎn)矩分量 ist，從圖中可以看出系統(tǒng)充磁之后 ism 保持不變， ist 和轉(zhuǎn)矩變化一致，也就是勵磁分量不變保持磁通恒定，通過電流的轉(zhuǎn)矩分量控制轉(zhuǎn)矩。在設(shè)計完異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)之后，需要運(yùn)用 MATLAB 軟件對其進(jìn)行仿真分析，證明其正確性和有效性 [24]。對 n取絕對值，然后限幅，限幅的下限 是額定轉(zhuǎn)速，上限是無窮大。stU++39。 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制 系統(tǒng)由給定轉(zhuǎn)速通過轉(zhuǎn)速、磁鏈雙閉環(huán)控制計算得到給定電壓。但這種模型有它自身的缺點(diǎn)：（ 1）低速時，定子電阻壓降變化的影響較大，適合于中、高速范圍。首先測得電機(jī)的三相定子電流，經(jīng)過三相 — 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換并按轉(zhuǎn)子磁場定向，得到 M、T 坐標(biāo)系上的電流 ism、 ist。定子電流 分為勵磁分量 ism 和轉(zhuǎn)矩分量 ist，在轉(zhuǎn)子磁場定向控制中，保證定子電流勵磁分量 ism 為額定值，對定子電流轉(zhuǎn)矩分量 ist 進(jìn)行單獨(dú)控制，從而控制轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)磁場和轉(zhuǎn)矩的解耦控制。 （二） 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制 直流電機(jī)傳動系統(tǒng)具有很好的動態(tài)性能，是因為直流電機(jī)定子磁場和電磁轉(zhuǎn)矩的解耦控制。 兩相坐標(biāo)系可以是靜止的，也可以是旋轉(zhuǎn)的，其中以任意旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系為最一般的情況，有了這種情況的數(shù)學(xué)模型，要求出某一具體兩相坐標(biāo)系上的模型就比較容易了。三相靜止坐標(biāo)系(ABC 坐標(biāo)系 )的 A 軸和兩相靜止坐標(biāo)系（ αβ 坐標(biāo)系） α 軸重合。 定子三相之間的互感是常值 c o s 1 2 0 ( c o s 1 2 0 )1122A B B C C A B A C B A C m s m sm s mL L L L L L L LLL? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? () 轉(zhuǎn)子三相之間的互感也為常值 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –11– 1 1 12 2 2a b b c c a b a c b a c m r m s mL L L L L L L L L? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? () 定子和轉(zhuǎn)子之間的互感 c os c osc os ( 12 0 )c os ( 12 0 )Aa aA Bb bB C c c C m S mAb bA Bc c B C a aC mAc c A Ba aB C b bC mL L L L L L L LL L L L L L LL L L L L L L????? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? () θ 為轉(zhuǎn)子 a 相和定子 A 相之間的夾角。 所以電壓方程的矩陣形式為 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –10– 0 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0A A AsB B BsC C Csra a arb b brc c cUiRRRpRUiRR??????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? () 或?qū)懗? U Ri p??? () （ 2）磁鏈方程 磁鏈等于自感磁鏈和互感磁鏈之和。 4. 可以控制無功功率流。 開關(guān)狀態(tài)由 [P]到 [N]是禁止的，因為： (a)這需要逆變器的一個橋臂上的開關(guān)，兩個同時導(dǎo)通，兩個同時關(guān)斷，每個開關(guān)上的電壓會出現(xiàn)動態(tài)不均。關(guān)斷的兩個開關(guān)管兩端 Vs1=Vs4=E。 S2，兩端電壓 Vs2=Vs3=0，關(guān)斷的兩個開關(guān)管兩端電壓 Vs1=Vs4=E。圖 (b)， (c)給出了逆變器 A 相橋臂的換向過程，每個開關(guān)管上并聯(lián)一個電阻。最常見的二極管鉗位型三電平逆變器，這種拓?fù)浜唵危瑧?yīng)用廣泛，控制策略也比較簡單，是分析多電平逆變器的基礎(chǔ)。器件受到的電壓應(yīng)力小，系統(tǒng)可靠性提高。 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –4– 二、 二極管嵌位式三電平逆變器 （一） 逆變器介紹 多電平逆變技術(shù)最初的出發(fā)點(diǎn)是通過對逆變器的主電路進(jìn)行改進(jìn)，使得逆變器的所有開關(guān)器件都工作在基頻或者基頻以下，以達(dá)到降低功率器件開關(guān)的頻率、減小開關(guān)應(yīng)力、減小輸出電壓諧波含量等目的，提高整個功率變換的效率，但因多電平逆變器需要的各種功率器件較多，所以從提高產(chǎn)品性價比的角度考慮，更適合應(yīng)用于高壓大功率的場合。 采用現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)，開發(fā)更精確的轉(zhuǎn)子磁場定向方法和磁通觀測器，使變頻器獲得更大的低頻轉(zhuǎn)矩和過載能力是以后的重要發(fā)展方向，無速度傳感器的開發(fā) 也是研究熱點(diǎn)之一。應(yīng)用坐標(biāo)變換將電機(jī)三相系統(tǒng)變?yōu)閮上嘞到y(tǒng)，在轉(zhuǎn)子磁場定向坐標(biāo)系上，交流電矢量變?yōu)榱嘶ハ啻怪豹?dú)立的勵磁直流分量和轉(zhuǎn)矩直流分量?；铑l率控制包含了速度閉環(huán)，更容易 使系統(tǒng)穩(wěn)定。 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –2– （三） 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)綜述 1. 交流調(diào)速的發(fā)展概況 直流電動機(jī)的調(diào)速性能優(yōu)于交流電動機(jī)，因此在調(diào)速領(lǐng)域曾一直占主導(dǎo)地位。 P. M. Bhagwat 等人于 1983 年將三電平逆變器推廣到五電平、七電平等多電平逆變器結(jié)構(gòu)。 傳統(tǒng)的恒壓頻比控制和轉(zhuǎn)差頻率控制都不能滿足動態(tài)性能的要求，轉(zhuǎn) 子磁場定向控制模擬直流電機(jī)的控制方式，實現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)矩和磁通的解耦，達(dá)到了對瞬時轉(zhuǎn)矩的控制，所以得到了廣泛的應(yīng)用。 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 the rotor flux observer, flux and speed double closed loop system. Finally, has pleted the design of control system and gives the diagram. MATLAB/Simulink on the system modeling and simulation. Key words： ThreeLevel Inverter。 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。 Asynchronous Motor。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。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。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。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。控制勵磁分量為恒定值，通過控制電流轉(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。 （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。 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。 du/dt 的降低減小了對外圍電路和電機(jī)的影響 [17]。 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８鶕?jù) A 相負(fù)載電流的方向，分兩種情況分析。 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。 （ 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。 (b)開關(guān)損耗增加一倍。 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)。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。 （ 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?? ?? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? （ ）