【正文】
異步電機在兩相靜止坐標系( ?? 坐標系)上的數(shù)學(xué)模型 ?? 坐標系上的數(shù)學(xué)模型是任意旋轉(zhuǎn)坐標系數(shù)學(xué)模型當(dāng)坐標轉(zhuǎn)速等于零時的特例。 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(xué)模型為一組非線性的微分方程。 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。 直流電動機的數(shù)學(xué)模型比較簡單,上圖繪出了直流電動機的物理模型。20 世紀 70 年代由德國工程師創(chuàng)立的嶄新的矢量控制控制理論,從而實現(xiàn)了感應(yīng)電機的具有與直流同樣好的調(diào)速效果。與定子一相繞組交鏈的最大互感磁通對應(yīng)于定子互感 msL ,與轉(zhuǎn)子繞組交鏈的最大磁通對應(yīng)于轉(zhuǎn)子互感 mrL 。我們常常會聯(lián)想到直流電機的調(diào)速系統(tǒng),由于直流電機在額定勵磁下是一個二階線性系統(tǒng),傳遞函數(shù)明確, 從而 系統(tǒng)的優(yōu)化 會變得 簡單, PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)的設(shè)置也 輕而易舉 。穩(wěn)態(tài)工作時可以實現(xiàn)無差調(diào)節(jié),在急劇的動態(tài)過程中,可維持電機轉(zhuǎn)矩接近于最大值。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(shè)計也是交流調(diào)速研究的新領(lǐng)域 ,是熱點課題之一。 ( 6)交流調(diào)速系統(tǒng)表現(xiàn)出 顯著的節(jié)能。 。 三、學(xué)生應(yīng)交出 設(shè)計文件(論文)畢業(yè)設(shè)計論文一本 四、 畢業(yè)設(shè)計(論文)原始數(shù)據(jù)及資料: 電機額定有功 2238nP? W,額定電壓 nU =220V,額定頻率 nf =50HZ,定子電阻sR =? ,定子漏感 1sL =,轉(zhuǎn)子電阻 rR? =? ,轉(zhuǎn)子漏感 1rL? =,電機定轉(zhuǎn)子互感 mL =,電機轉(zhuǎn)動慣量 J = m? ,摩擦系數(shù) 0. 05 NF m s? ? ?,電機極對數(shù) 2p? 。 II 五、主要參考文獻(資料) : [1]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng) [M].北京:機械工業(yè)出版社, 2021. [2]王兆安,黃俊.電力電子技術(shù) [M].北京:機械工業(yè)出版社, 2021. [3]湯蘊璆,史乃 .電機學(xué) [M].北京: 機械工業(yè)出版社, 2021. [4]洪乃剛.電力電子和電力拖動控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 [M].北京:機械工業(yè)出社,2021. [5]周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與 MATLAB 仿真 [M].北京:中國電力出版社, 2021. [6]劉軍華.轉(zhuǎn)差率控制的異步電動機調(diào)速 系統(tǒng)的設(shè)計 [J].電氣傳動. 2021,38 (5). [7]彭偉發(fā) . VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與 DSP實現(xiàn) [J]. 棗莊學(xué)院學(xué)報 . 2021, 26(2). 專業(yè)班級 電氣 0707 學(xué)生 設(shè)計(論文)工作起止日期 20211 年 3 月~ 20211 年 6 月 指導(dǎo)教師簽字 日期 專業(yè)(系)主任簽字 日期 III I 異步電動機轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制 matlab仿真 摘要 本文基于 MATLAB 對異步電動機轉(zhuǎn)差頻率控制調(diào)速系統(tǒng)進行仿真研究。迄今為止 ,電力電子器件的發(fā)展經(jīng)歷了分立換流關(guān)斷器件( 晶閘管元件),自關(guān)斷器件( GTR、 GTO、 VDMOS、 IGBT) , 功率集成電路 PIC, 智能模塊 IPM,專用功率器件模塊 ASPM, 使得變頻裝置在性能與價格比上可以與直流調(diào)速裝置相媲美。 異步電動機交流調(diào)速系統(tǒng) 的類型 由異步電動機工作原理可知 ,從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率 mP 可分為兩部分 :一部分 ? ?1dmP s P? 是拖動負載的有效功率 ; 另一部分是轉(zhuǎn)差功率 smP sP? ,與轉(zhuǎn)差率 s 成正比。 本文主要研究內(nèi)容 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念 本文主要介紹異步電動機的轉(zhuǎn)差頻率控制方式 ,在該基礎(chǔ)上進一步介紹轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制方式。在一定程度上類似于直流雙閉環(huán)系統(tǒng),因此屬于高性能的控制系統(tǒng)。而相對于直流電機,交流電機具有以下特點: 1. 異步電動機變壓變頻調(diào)速時需要進行電壓電流的協(xié)調(diào)控制,有電壓和電流兩個獨立的輸入變量。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 。 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(xué)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。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。如果讓包含兩個繞組在內(nèi)的整個鐵芯以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn), 則磁動勢 F自然也就隨之旋轉(zhuǎn)起來,成為旋轉(zhuǎn)磁動勢。為了解除定、轉(zhuǎn)子間這種非線性的耦合關(guān)系,需要對其進行坐標變換,建立起 ??? 參考系坐標內(nèi)的異步電機的數(shù)學(xué)模型。當(dāng) 0dqs? ? 時, dqr???? ,即轉(zhuǎn)子角轉(zhuǎn)速的負值。 于是, ? ? ? ?? ? ? ?3 / 2c os c os 120 c os 1202 si n si n 120 si n 12032 2 22 2 2s s ss r s s sC? ? ?? ? ???????? ? ? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ?3 / 2c os c os 12 0 c os 12 02 si n si n 12 0 si n 12 032 2 22 2 2r r rr r r r rC? ? ?? ? ?????? ? ? ? ? ????? 則磁鏈變換式為 0 3 / 23 / 2000sd Asq Bs s r Crd r r arq brcCC??????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ????? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ( 235)再利用( 210)磁鏈方程,可得 19 0 3 / 2 3 / 23 / 2 3 / 200000d s Aq s Bs s r ss sr s r Cd r r r rs rr r r aq r brcC L L CC L L C????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ( 236) 因此 0 10 10 0 0 00 0 0 00 0 0 0 00 0 0 00 0 0 00 0 0 0 0d s Asmq s BsmsCsd r amrq r bmrrc rLLLLLLLLLL????? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ? ( 237) mL : 0dq 坐標系同軸定子與轉(zhuǎn)子等效繞組間的互感, 32m msLL? sL : 0dq 坐標系定子等效兩相繞組間的互感, 1132s m s s m sL L L L L? ? ? ? sL : 0dq 坐標系轉(zhuǎn)子等效兩相繞組間的互感, 1132r ms r m rL L L L L? ? ? ? 又磁鏈的零軸分量 0 1 0s s sLi? ? 0 1 0r r rLi? ? 最終磁鏈方程可化為, 00000000sd sdsmsq sqsmrd rdmrrq sqmriLLiLLiLLiLL????? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ? ( 238) 坐標系上的電壓方程 定子電壓變換關(guān)系:2 /30A sdB r s sqCsuuu C uuu? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ( 239) 021c os si n3 2A sd sq su u u u????? ? ????? 同理, 0c os si n3 2A sd sq si i i i??? ? ? 021c os sin3 2A s d s q s????? ? ? ? ? ? ????? ( 240) ABC 三相坐標系 , A 相電壓方程 A A s Au i R p? ? ? 20 將 AU ,Ai , A? 代入上式,令 dqsp??? 為 dq0 旋轉(zhuǎn)坐標系相對定子的角速度,可得 sd s sd sd d q s squ R i p? ? ?? ? ? sq s sq sq d q s sdu R i p? ? ?? ? ? 0 0 0s s s su R i p??? ( 241) 同理的轉(zhuǎn)子電壓方程 rd r rd rd d q r rqu R i p? ? ?? ? ? rq r rq rq d q r rdu R i p? ? ?? ? ? 0 0 0r r r ru R i p??? ( 242) 將磁鏈方程( 238)代入式( 341),( 342)中得到 dq 坐標系上的電壓 電流方程式 s d s s d q s s m d q s m s ds q d q s s s s d q s m m s qr d m d q r m r r d q r r r dr q d q r m m d q r r r r r qu R L p L L p L iu L R L p L L p iu L p L R L p L iu L L p L R L p i????????? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ( 243) 3. 轉(zhuǎn)矩和運動方程 由式( 220)利用反變換矩陣 13/2srC? 和 13/2rrC? 可把 ABC 坐標系上的定﹑轉(zhuǎn)子電流變換到 0dq 坐標系 ,且 sr? ? ???經(jīng)過簡化,最后可以得到 0dq 坐標系上的轉(zhuǎn)矩方程 ? ?e p m sq rd sd rqT n L i i i i?? ( 244) 運動方程與坐標轉(zhuǎn)換無關(guān)仍為式( 221)。這樣,通過坐標系的變換,可以找到與交流三相繞組等效的直流電機模型。下圖 a) 和 b)的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢大小和轉(zhuǎn)速都相等時,即認為兩相繞組與三相繞組等效。直流電機的數(shù)學(xué)模型是比較簡單的,現(xiàn)在先分析直流電機的磁鏈關(guān)系,如圖 。許多專家學(xué)者對此進行過潛心的研究,終于獲得了成功。定子各相漏磁通所對應(yīng)的電感稱為定子漏感,由于繞組的對稱性,各相漏感值均相等; 同樣,轉(zhuǎn)子各相漏磁通則對應(yīng)于轉(zhuǎn)子漏感。 7 2 異步電動機轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制交流調(diào)速系統(tǒng) 異步電機的特點 異步電動機轉(zhuǎn)差頻率 控制 的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的 控制思想建立在異步電動機的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型 上,動態(tài)性能指標不高。與轉(zhuǎn)速開環(huán)系統(tǒng)中按電壓成正比地直接產(chǎn)生頻率給定信號相比,加、 減 速更為平滑,且容易使系統(tǒng)穩(wěn)定。二是利用冗余和容錯技術(shù)。 ( 5) 高性能,高精度的新型交流拖動系統(tǒng)已達到同直流拖動系統(tǒng)一樣的性能指標。 交流電動機自 1885 年出現(xiàn)后,由于沒有理想的調(diào)速方案,因而長期用于恒速拖動領(lǐng)域, 近些年來 ,科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展為交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。 。首先分析了異步電動機轉(zhuǎn)差頻率控制 技術(shù)的主要控制方法、基