【正文】 采用坐標(biāo)變換的方法對(duì)交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)化電機(jī)模型?；ジ写磐ㄊ侵饕磐ā?. 存在直流分壓電容電壓不平衡問題[12]。由于沒有兩電平逆變器中兩個(gè)串聯(lián)器件的同時(shí)導(dǎo)通和同時(shí)關(guān)斷問題，對(duì)器件的動(dòng)態(tài)性能要求低，器件受到的電壓應(yīng)力小，系統(tǒng)的可靠性有所提高。在開關(guān)狀態(tài)[P]下，開關(guān)S1導(dǎo)通，不影響電路的工作。開關(guān)S3，S4已經(jīng)關(guān)斷，Vs3=Vs4=E。(b)直流側(cè)電容C1，C2足夠大，每個(gè)電容上的電壓保持E。每相橋臂中間的兩個(gè)IGBT導(dǎo)通時(shí)間最長(zhǎng)，導(dǎo)致發(fā)熱量也多一些，因此實(shí)際系統(tǒng)散熱設(shè)計(jì)以這兩個(gè)IGBT為準(zhǔn)。（二）三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理多電平電路的實(shí)現(xiàn)有很多方式，但從電路原理的角度，為得到所要輸出的多層電平，至少應(yīng)該具有兩個(gè)條件：一．在輸入側(cè)有基本的直流電平；二．需要由有源和無源開關(guān)器件組成的基本變換單元，將基本電平合成以實(shí)現(xiàn)多電平輸出。當(dāng)逆變器輸出電壓較高時(shí)，開關(guān)器件的耐壓不夠。本課題的主要工作包括：1. 對(duì)二極管嵌位式三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行了分析。20實(shí)際70年代剛剛提出磁場(chǎng)定向控制的基本理論，開創(chuàng)了交流傳動(dòng)的新紀(jì)元。由于現(xiàn)代電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、微機(jī)控制技術(shù)等理論技術(shù)的發(fā)展，異步電機(jī)調(diào)速取得了突破性進(jìn)展，交流調(diào)速技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代[11]。交流調(diào)速的初期，人們只能從異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型研究調(diào)速方法。研究多電平拓?fù)涫菫榱藢?shí)現(xiàn)多電平的輸出電壓，使其應(yīng)該用在更高的電壓場(chǎng)合，減小諧波含量。在高壓大功率的應(yīng)用領(lǐng)域，結(jié)合多電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制因?yàn)槠渥陨淼膬?yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。變頻器是節(jié)電的主要方法。本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)仿真研究 The Simulation Research on Asynchronous Motor Control System Based on Rotor FieldOriented 摘 要三電平逆變器因?yàn)槠淇梢詫?shí)現(xiàn)更高的電壓等級(jí)，輸出較少的諧波含量等優(yōu)勢(shì)在高壓大功率的逆變場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用，而轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制是應(yīng)用最廣泛的調(diào)速方法。 MATLAB simulation目 錄摘 要 IAbstract II一、緒 論 1（一）課題背景和意義 1（二）多電平逆變器的發(fā)展概況 1（三）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制技術(shù)綜述 21. 交流調(diào)速的發(fā)展概況 22. 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制技術(shù)的發(fā)展概況 2（四）課題研究的主要內(nèi)容 3二、二極管嵌位式三電平逆變器 4（一）逆變器介紹 4（二）三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理 4（三）二極管鉗位型三電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn) 8三、異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 9（一）異步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與坐標(biāo)變換 9 9 13 16 18（二） 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制 19 19 19 21（三）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng) 2磁鏈雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 23 24 24（四）本章小結(jié) 24四、控制系統(tǒng)仿真分析 25（一）MATLAB/Simulink軟件介紹 25（二）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)仿真 25 25 25（三）本章小結(jié) 33五、結(jié)論與展望 34參考文獻(xiàn) 35致 謝 36一、緒 論（一）課題背景和意義為了解決電力緊張的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，需要提高用電設(shè)備的效率。所以對(duì)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的研究是很必要的[2]。還有一些衍生的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如層疊多單元逆變器等。但異步電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，可控性較差，以前未得到大規(guī)模應(yīng)用。大多應(yīng)用在風(fēng)機(jī)等沒有高動(dòng)態(tài)性能要求的調(diào)速中[2]。在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制中，電機(jī)參數(shù)變化和轉(zhuǎn)速測(cè)量的誤差會(huì)引起磁鏈誤差，影響轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制的效果。本文針對(duì)基于三電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制進(jìn)行了研究。在兩電平逆變器中，通過輪流導(dǎo)通的電力電子器件，在輸出端把中間直流回路的正端電壓和負(fù)端電壓分別接到交流電動(dòng)機(jī)定子各相繞組上。基于三電平逆變器的優(yōu)勢(shì)，本文采用二極管嵌位式三電平逆變器，并通過開關(guān)狀態(tài)的分配減小中點(diǎn)電位偏移。 ，主開關(guān)管S1和S4不能同時(shí)導(dǎo)通，且S1和SS2和S4的工作狀態(tài)恰好相反，即工作在互補(bǔ)狀態(tài)，平均每個(gè)主開關(guān)管所承受的正向阻斷電壓為Ud/2。假設(shè)(a)在感性負(fù)載下，換向過程中負(fù)載電流iA保持恒定。負(fù)載電流由VD1上換到S1上。當(dāng)S3完全關(guān)斷后，S3，S4兩端的電壓Vs3=Vs4=E。器件承受的關(guān)斷電壓就是直流回路電壓的一半，三電平拓?fù)涫沟孟嗤蛪核降拈_關(guān)器件，可以應(yīng)用于中高壓的大容量變頻器。每相橋臂越靠中間的管子開通時(shí)間越長(zhǎng)，這樣同一橋臂上管子的額定電流也會(huì)有所不同?；ジ写磐ㄊ谴┻^氣隙的磁通，漏感磁通是只與一相繞組交鏈的磁通。因此，上述電磁轉(zhuǎn)矩公式完全適合用于變壓變頻器供電的含有電流諧波的三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。dq坐標(biāo)系以同步角速度ω1旋轉(zhuǎn)。—兩相坐標(biāo)變換和兩相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq坐標(biāo)系）上的數(shù)學(xué)模型[15]。由上一節(jié)可知異步電機(jī)通過坐標(biāo)變換等效成直流電機(jī)，模仿直流電機(jī)的控制策略，得到直流電機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換控制異步電機(jī)，就可以使交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。在保證ism不便的情況下，通過單獨(dú)控制ist可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制。 ()這種模型簡(jiǎn)單，在整個(gè)速度范圍內(nèi)都可以使用，不足之處是觀測(cè)模型受電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)變化的影響?？梢詫⒎e分器換成低通濾波器，同時(shí)由低通濾波器產(chǎn)生的相位滯后和幅值偏差需要用轉(zhuǎn)子磁鏈的參考值補(bǔ)償。系統(tǒng)分為轉(zhuǎn)速和磁鏈雙閉環(huán)控制，包含轉(zhuǎn)速、磁鏈、ism、ist四個(gè)閉環(huán)控制和電壓前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)，磁鏈觀測(cè)器得到轉(zhuǎn)子磁鏈幅值、幅角和同步轉(zhuǎn)速。電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速乘以電機(jī)初始磁鏈除以電機(jī)轉(zhuǎn)速限幅之后的值得到轉(zhuǎn)子磁鏈給定值。 系統(tǒng)仿真模型 仿真參數(shù)如下：電機(jī)功率P：110KW； 電機(jī)額定線電壓U：325V；電機(jī)額定線電流I：233A； 電機(jī)定子電阻Rs：；電機(jī)定子漏感Lls：； 電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻Rr：；電機(jī)轉(zhuǎn)子漏感Llr：； 電機(jī)互感：；電機(jī)轉(zhuǎn)矩： kgm2； 電機(jī)頻率：60Hz；磁鏈初始值：； 外環(huán)調(diào)節(jié)周期：2ms；內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)周期：； 磁鏈限幅：0—；轉(zhuǎn)矩限幅：1170Nm—1150Nm； 電壓限幅：280V—280V；電流限幅：655A—655A； 直流電壓Udc：500V；仿真結(jié)果如下：（1），系統(tǒng)給定額定轉(zhuǎn)速1748r/min,啟動(dòng)穩(wěn)定后加上額定負(fù)載580Nm。 突加負(fù)載時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)仿真波形 (7)，可以看出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能良好。 轉(zhuǎn)矩PI參數(shù)Kp對(duì)系統(tǒng)的影響KpKi突加額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速下降的幅度轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)間30501715050137050122 轉(zhuǎn)矩PI參數(shù)Ki對(duì)系統(tǒng)的影響KpKi突加額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速下降的幅度轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)間50301335050135070131（11）由于電機(jī)參數(shù)采用離線辨識(shí)，所以辨識(shí)電機(jī)參數(shù)可能和實(shí)際電機(jī)參數(shù)有偏差，仿真分析了轉(zhuǎn)子電阻從80%實(shí)際轉(zhuǎn)子電阻變化到120%實(shí)際轉(zhuǎn)子電阻變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響，當(dāng)辨識(shí)轉(zhuǎn)子電阻小于實(shí)際轉(zhuǎn)子電阻并保持在85%實(shí)際阻值的情況下，系統(tǒng)的給定轉(zhuǎn)矩減小，但系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和磁鏈都能夠達(dá)到額定值，當(dāng)阻值減小到80%實(shí)際阻值時(shí)，轉(zhuǎn)速、磁鏈和轉(zhuǎn)速都跟不上額定值；當(dāng)轉(zhuǎn)子辨識(shí)電阻大于轉(zhuǎn)子實(shí)際電阻時(shí)，系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)矩變大并有小幅的波動(dòng)，磁鏈和轉(zhuǎn)速也能夠到額定值。采用MATLAB/Simulink對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真分析，仿真結(jié)果表明：三電平逆變器的輸出電壓波形正確，轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)準(zhǔn)確，系統(tǒng)啟動(dòng)帶大負(fù)載和突加負(fù)載都具有良好的動(dòng)態(tài)性能。am