【正文】 其中 AsBC??????????????? arbc??????????????? arbciiii????? ?????? AsBCiiii??????????? （ ） （ ） （ ） 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –12– （ ） 根據(jù)機電能量轉(zhuǎn)換原理。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)的坐標軸上。 如圖 所示，三相靜止坐標系（ ABC 坐標系）和兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標系（ dq 坐標系）。直流電機的轉(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。 當兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系按轉(zhuǎn)子磁場定向時，有 ,0r d r m r r q r t? ? ? ? ?? ? ? ? () 由式（ ）可知 1 ()1 ()rd rd m sdrrq rq m sqri L iLi L iL??? ?????? ???? () 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –20– 將式（ ）帶入式（ ）中可得 ()pme s q r d s d r qrnLT i iL ???? () 將式（ ）帶入式（ ），并用 m、 t 代替 d、 q 可得 pme st rrnLTiL ?? () 在同步旋轉(zhuǎn)坐標系中， 1dqs??? ， 1dqs r s? ? ? ?? ? ?，同時鼠籠型電機轉(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。按照轉(zhuǎn)子磁場定向控制方程式（ ）計算得到磁鏈幅值 Ψr和轉(zhuǎn)差 ωsｌ 。可以使用組合模型解決低速不準確問題，低速時采用間接方法，高速時采用直接方法。給定電壓在靜止坐標系上的兩個分量為 Uα、 Uβ。1st s smU L i??39。這樣無論電機是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，當電機的轉(zhuǎn)速絕對值小于額定轉(zhuǎn)速時，取額定轉(zhuǎn)速，當電機轉(zhuǎn)速大于額定轉(zhuǎn)速時，取實際值。 （二） 異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真 控制系統(tǒng)仿真模型：系統(tǒng)框圖包括轉(zhuǎn)速控制模型，磁鏈控制模型， SVPWM 模型和三電平逆變器模型，直流電壓給定，異步電機模型。 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –28– 圖 電流勵磁分量 ism 和 ist （ 5）如圖 所示為滑差轉(zhuǎn)速 從圖中可以看出啟動時的滑差轉(zhuǎn)速較大，大概為 60r/min，啟動后的滑差轉(zhuǎn)速下降到為 45r/min 左右。 圖 弱磁時系統(tǒng)響應(yīng)仿真波形 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –31– （ 10）系統(tǒng)的 PI 參數(shù)對系統(tǒng)的響應(yīng)是有影響的?；ジ袑ο到y(tǒng)的影響也不是很大，給定電磁轉(zhuǎn)矩有一些波動，磁鏈和轉(zhuǎn)速都能夠達到額定值。所以要根據(jù)現(xiàn)代控制理論研究更準確的模型辨識轉(zhuǎn)子磁鏈。 由于時間和能力有限，課題的研究盡限于此，還需要進一步的研究。圖 為 85%實際轉(zhuǎn)子電阻時的給定電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈波形，圖 為 115%實際轉(zhuǎn)子電阻時的給定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子磁鏈波形。 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –30– 圖 啟動帶大負載系統(tǒng)響應(yīng)仿真圖 （ 9）如圖 所示為電機轉(zhuǎn)速 n、電磁轉(zhuǎn)矩 Te、電機定子 A 相電流 ia 和轉(zhuǎn)子磁鏈幅值波形。充磁后系統(tǒng)啟動可以帶動額定負載，啟動時轉(zhuǎn)矩較大，定子電流較大，轉(zhuǎn)速上升率可以設(shè)定，轉(zhuǎn)速超調(diào)很小，三相交流電波形平滑。它將各種功能子程序模塊化，提供完善的部件模型，可以進行簡單的操作就可以完成系統(tǒng)的仿真模型。 函數(shù)發(fā)生器首先由電機反饋角速度 ω r 經(jīng) 30rn ??? 計算的到電機反饋轉(zhuǎn)速 n。smU39。通過在磁鏈控制器、轉(zhuǎn)矩控制器中將 Ψr*和 ωr*與計算得到的磁鏈 Ψr和反饋的 ωr 進行比較實現(xiàn)磁鏈、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制。該模型和電機轉(zhuǎn)速沒有關(guān)系，適合于無速度傳感器控制系統(tǒng)。 1 / P/ ( 1 )mrL T p ?rmTLsqIsdIsi nc os?r?saisbi sci r? 圖 間接計算轉(zhuǎn)子磁鏈模型 間接磁場定向控制由電機定子電流估算滑差角與電動機轉(zhuǎn)速相加得到磁鏈轉(zhuǎn)角。這樣的兩相旋轉(zhuǎn)坐標系就為按轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)坐標系（ MT 坐標系）。 同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的 電壓方程為 [16]， 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –19– 1111sd sds sp s m msq sqs s s m mm s m r r s rrd rds m m s r r rrq rqUiR L L L p LL R L p L L pL p L R L p LL L p L R L p????????? ? ? ????? ? ? ????? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? () 磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標系下的方程是一樣的。由總磁動勢相等得到 c o s s ins in c o sdqi i ii i i????????????? () 即 c os sinsin c os dqii ii?? ?? ???? ???? ???? ?????? ?? () 所以兩相旋轉(zhuǎn)坐標系到兩相靜止坐標系的坐標變換矩陣為 2 / 2 c o s s ins in c o srsC ?????? ???? () 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –16– 兩相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的坐標變換矩陣為 2 / 2 c o s s ins in c o ssrC ????? ????? () （ 3）三相 — 兩相旋轉(zhuǎn)坐標變換 由三相 — 兩相坐標變換和兩相 — 兩相旋轉(zhuǎn)坐標變換可以得到三兩 — 兩相旋轉(zhuǎn)坐標變換的變換矩陣為 3 / 21 3 1 3c os c os si n c os si n2 2 2 2 23 1 3 1 3si n si n c os si n c os2 2 2 2rC? ? ? ? ?? ? ? ? ???? ? ? ????? ? ??? () 根據(jù)掌握的內(nèi)容可以知道，異步電機的數(shù)學模型比較復(fù)雜，而坐標變換的目的就是要簡化數(shù)學模型，異步電機的數(shù)學模型是建立在三相靜止坐標系上的，如果把它變換到兩相坐標系上，由于兩相坐標系互相在垂直，兩相繞組之間沒有磁力的耦合，僅此一點就會使數(shù)學模型簡化很多。 （ 1）三相 兩相坐標變換 三相 兩相變換為三相靜止坐標系和兩相靜止坐標系間的變換。 轉(zhuǎn)子電阻的自感為 a a b b c c m r lr m s lr rL L L L L L L L? ? ? ? ? ? ? () Lmr 為轉(zhuǎn)子互感， Llr 為轉(zhuǎn)子漏感。 轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)的電壓方程 aa a rbb b rcc c rdU i RdtdU i RdtdU i Rdt???? ????? ????? ???? () 式中 Ua、 Ub、 Uc 為轉(zhuǎn)子相電壓， ia、 ib、 ic 為轉(zhuǎn)子相電流， Rr 為轉(zhuǎn)子電阻， Ψa、 Ψb、 Ψc為轉(zhuǎn)子磁鏈。在同樣的開關(guān)頻率下，開關(guān)損耗小，效率高，這正適應(yīng)高壓大容量逆變器由于開關(guān)損耗及器件性能的問題開關(guān)頻率不能太高的要求。同樣在開關(guān)狀態(tài)由 [P]到 [O]，由 [N]到 [O]，由 [O]到 [N]，也能得出同樣的結(jié)論， 因此在逆變器中不存在動態(tài)分壓問題。鉗位二極管 VD2 由于負載電流 iA0 導(dǎo)通。鉗位二極管 VD1 由于負載電流 iA0 導(dǎo)通。與兩電平逆變器相似，在 S1與 S3 之間需要換向時間。目前所見到的多電平逆變器，按照主電路拓撲結(jié)構(gòu)分，主要分為三類基本的拓撲結(jié)構(gòu)：二極管鉗位型多電平逆變器(Diodeclamped multilevel inverter)、飛跨電容型多電平逆變器 (Flyingcapacitor multilevel 異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –5– inverter)和級聯(lián)型多電平逆變器 (Cascaded multilevel inverter)。 二極管嵌位式三電平逆變器的電平數(shù)比兩電平逆變器多，輸出電壓和電流接近于正弦波，諧波含量減少。 4. 對三電平逆變器的異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)的動態(tài)性能進行了 MATLAB仿 真 。 21 世紀轉(zhuǎn)子磁場定向控制也異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 –3– 在快速的發(fā)展，日本在通用變頻器上的無速度傳感器方面比較先進，美國在電機參數(shù)辨識上的研究比較深入，德國在大功率系統(tǒng)應(yīng)用上比較先進。轉(zhuǎn)子磁場定向控制的思想是將異步電機模擬成直流電機控 制。但它是一種開環(huán)控制，動態(tài)性能較差，控制參數(shù)還需要根據(jù)負載的不同改變，低速時還可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。二極管箝位式逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，但中點電壓平衡難以控制，目前只有三電平逆變器實現(xiàn)了應(yīng)用 [34]。該逆變器輸出三電平的電壓波，稱為三電平逆變器。多電平逆變器因為其電壓應(yīng)力小，輸出諧波少等優(yōu)點在高壓大容量領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，成為研究的熱點 [1]。 最后，利用 MATLAB/Simulink 對系統(tǒng)進行了 仿真。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)論文（設(shè)計）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果 ，也不包含為獲得遼東學院或其他單位的學位或證書所使用過的材料。 rotor field oriented control。目前轉(zhuǎn)子磁場定向控制應(yīng)用最為廣泛。 多電平逆變器包括二極管嵌位型、電容嵌位型、有源中點嵌位型逆變器等。與此同時交流電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、價格低廉、維修方便等優(yōu)點。所以這兩種方法都是穩(wěn)態(tài)控制，電機動態(tài)性能不好。轉(zhuǎn)子磁場定向控制消除了標量控制的缺陷，同時提高了實時控制。異步電機的磁場定向控制模擬直流電機可以實現(xiàn)良好的動態(tài)性能。但在實際應(yīng)用中，由于受到硬件條件和控制電路的復(fù)雜性的制約 ，在綜合考慮性能指標的情況下，三電平逆變器最為普遍，對其研究和分析具有實際意義 三電平是相對于通用變頻器中常用的兩電平方案而言的 [14]。但它也帶來了中點電位平衡問題。 圖 三電平逆變器拓撲結(jié)構(gòu) 三電平逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖 所示，當 S1 和 S2 同時導(dǎo)通時，輸出端 A 相對 M點的電平為 Ud /2(E