異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制系統(tǒng)仿真研究畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-17 12:52 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，也能得出同樣的結(jié)論，因此在逆變器中不存在動(dòng)態(tài)分壓?jiǎn)栴}。開(kāi)關(guān)狀態(tài)由[P]到[N]是禁止的，因?yàn)椋?a)這需要逆變器的一個(gè)橋臂上的開(kāi)關(guān)，兩個(gè)同時(shí)導(dǎo)通，兩個(gè)同時(shí)關(guān)斷，每個(gè)開(kāi)關(guān)上的電壓會(huì)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)不均。(b)開(kāi)關(guān)損耗增加一倍。（三）二極管鉗位型三電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn)綜合以上分析，可以概括出二極管鉗位型三電平逆變器有以下優(yōu)點(diǎn)：1. 三電平逆變器能夠很好的解決電力電子開(kāi)關(guān)器件耐壓不夠高的問(wèn)題。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_(kāi)關(guān)器件，可以應(yīng)用于中高壓的大容量變頻器。由于沒(méi)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(wèn)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。2. 三電平輸出電壓電平數(shù)增多，各級(jí)電平間的幅值變化降低，低的dv/dt對(duì)外圍電路的干擾減小，對(duì)電機(jī)的沖擊小，在開(kāi)關(guān)頻率附近的諧波幅值也小。3. 由于三電平逆變器輸出為三電平階梯波，形狀更接近正弦。在同樣的開(kāi)關(guān)頻率下，開(kāi)關(guān)損耗小，效率高，這正適應(yīng)高壓大容量逆變器由于開(kāi)關(guān)損耗及器件性能的問(wèn)題開(kāi)關(guān)頻率不能太高的要求。4. 可以控制無(wú)功功率流。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(duì)三電平來(lái)說(shuō)，鉗位二極管承受反壓相同，但是對(duì)于更多電平電路來(lái)說(shuō)，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)。2. 每橋臂內(nèi)外側(cè)功率器件的導(dǎo)通時(shí)間不同，造成符合不一致。每相橋臂越靠中間的管子開(kāi)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。3. 存在直流分壓電容電壓不平衡問(wèn)題[12]。三、異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制（一）異步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型與坐標(biāo)變換異步電動(dòng)機(jī)是一個(gè)多變量，強(qiáng)耦合系統(tǒng)，它的數(shù)學(xué)模型由電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程組成[25]。（1）電壓方程 定子繞組的UA電壓方程 ()式中UA、UB、UC為定子相電壓，iA、iB、iC為定子相電流，Rs為定子電阻，ΨA、ΨB、ΨC為定子磁鏈。轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)的電壓方程 ()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。所以電壓方程的矩陣形式為 ()或?qū)懗? () （2）磁鏈方程 磁鏈等于自感磁鏈和互感磁鏈之和。磁鏈方程的矩陣形式 ()LAA、LBB、LCC為定子繞組的自感。對(duì)每一項(xiàng)定子繞組來(lái)說(shuō)，它所交鏈的磁通包括互感磁通和漏感磁通?；ジ写磐ㄊ谴┻^(guò)氣隙的磁通，漏感磁通是只與一相繞組交鏈的磁通?；ジ写磐ㄊ侵饕磐āＳ捎诶@組的對(duì)稱性，各相的漏感相等。所以定子自感為 ()Lms為定子互感，Lls為定子漏感。轉(zhuǎn)子電阻的自感為 ()Lmr為轉(zhuǎn)子互感，Llr為轉(zhuǎn)子漏感。定子三相之間的互感是常值 () 轉(zhuǎn)子三相之間的互感也為常值 ()定子和轉(zhuǎn)子之間的互感 ()θ為轉(zhuǎn)子a相和定子A相之間的夾角。 （3）轉(zhuǎn)矩方程 ，為了方便起見(jiàn)，可以將它寫成分塊的矩陣形式 （）其中 （） （） （） （）根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理。在多繞組電機(jī)中，在線性電感的條件下，磁場(chǎng)的蓄能和磁共能為： （）而電磁轉(zhuǎn)矩等于機(jī)械角位移變換時(shí)磁共能的變化率，且機(jī)械角位移，于是， （） ，— （）又由于,： （），舍去負(fù)號(hào)，意即電磁轉(zhuǎn)矩的正方向?yàn)槭箿p小的方向，則有轉(zhuǎn)矩方程為 ( )應(yīng)該指出，上述公式是在線性磁路、磁動(dòng)勢(shì)在空間按正弦分布的假定條件得出來(lái)的，但對(duì)定、轉(zhuǎn)子電流時(shí)間的波形未作任何假定，式中的電流i都是實(shí)際瞬時(shí)值。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)。 三相異步電機(jī)定轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 由上節(jié)可知交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，求解困難，所以采用坐標(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。直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組完全解耦，分析和控制都很簡(jiǎn)單。所以坐標(biāo)變換的思想就是將交流電機(jī)的物理模型等效的變換為直流電機(jī)模式，等效變換的原則為在不同坐標(biāo)系上產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)完全相等[14]。（1）三相兩相坐標(biāo)變換 三相兩相變換為三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換。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。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(dòng)勢(shì)為匝數(shù)和電流的乘積，磁動(dòng)勢(shì)矢量在相應(yīng)的坐標(biāo)軸上。 三相和兩相坐標(biāo)系與繞組磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量當(dāng)三相總磁動(dòng)勢(shì)和兩相總磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)，兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在α、β軸上的投影相等， ()所以 ()當(dāng)變換后功率不變時(shí)匝數(shù)比為所以三相坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為 ()從兩相靜止坐標(biāo)系到三相坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換為 ()（2）兩相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換 兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，兩相靜止坐標(biāo)系（αβ坐標(biāo)系）和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq坐標(biāo)系）。dq坐標(biāo)系以同步角速度ω1旋轉(zhuǎn)。d軸和α軸的夾角Ψ是變化的。αβ坐標(biāo)系上的兩相交流電流iα、iβ和dq坐標(biāo)系上的兩相直流電流id、iq產(chǎn)生相等的合成磁動(dòng)勢(shì)Fs，它也以同步角速度ω1旋轉(zhuǎn)。取各相繞組匝數(shù)相等。由總磁動(dòng)勢(shì)相等得到 ()即 ()所以兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣為 ()兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣為 ()（3）三相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換 由三相—兩相坐標(biāo)變換和兩相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換可以得到三兩—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的變換矩陣為 () 根據(jù)掌握的內(nèi)容可以知道，異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，而坐標(biāo)變換的目的就是要簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是建立在三相靜止坐標(biāo)系上的，如果把它變換到兩相坐標(biāo)系上，由于兩相坐標(biāo)系互相在垂直，兩相繞組之間沒(méi)有磁力的耦合，僅此一點(diǎn)就會(huì)使數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化很多。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）和兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq坐標(biāo)系）。兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)d軸和三相靜止坐標(biāo)A軸的夾角為θs，相應(yīng)的角速度為ωdqs，d軸相對(duì)于轉(zhuǎn)子a軸的角速度為ωdqr，轉(zhuǎn)子a軸相對(duì)于A軸的角速度為ωr?！獌上嘧鴺?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]。 三相靜止坐標(biāo)系、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系要把三相靜止坐標(biāo)系上的電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程都變到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上來(lái)，可以利用3/2變換和2s/2r變換，由于變換過(guò)程較為復(fù)雜，這里不做具體變換，變換后可得一下：（1）磁鏈方程 ()式中 Lm——dq坐標(biāo)系定子和轉(zhuǎn)子等效繞組間的互感 Ls——dq坐標(biāo)系定子等效繞組的自感 Lr——dq坐標(biāo)系轉(zhuǎn)子等效繞組的自感在dq坐標(biāo)系上，兩軸相互垂直，沒(méi)有耦合關(guān)系，只有同軸上的繞組有互感，比三相坐標(biāo)系上的磁鏈方程簡(jiǎn)單的多。（2）電壓方程 ()將磁鏈方程帶入電壓方程得到如下形式 ()電壓方程比三相靜止坐標(biāo)系上的電壓方程降低了維數(shù)。將電壓方程中含有R的電阻壓降，含Lp的脈
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