異步電動機轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-07-19 16:41 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 壓的大容量變頻器。由于沒有兩電平逆變器中兩個串聯(lián)器件的同時導(dǎo)通和同時關(guān)斷問題，對器件的動態(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，各級電平間的幅值變化降低，低的dv/dt對外圍電路的干擾減小，對電機的沖擊小，在開關(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。4. 可以控制無功功率流。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)。2. 每橋臂內(nèi)外側(cè)功率器件的導(dǎo)通時間不同，造成符合不一致。每相橋臂越靠中間的管子開通時間越長，這樣同一橋臂上管子的額定電流也會有所不同。3. 存在直流分壓電容電壓不平衡問題[12]。三、異步電機轉(zhuǎn)子磁場定向控制（一）異步電機動態(tài)數(shù)學(xué)模型與坐標變換異步電動機是一個多變量，強耦合系統(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。對每一項定子繞組來說，它所交鏈的磁通包括互感磁通和漏感磁通?；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?；ジ写磐ㄊ侵饕磐āＳ捎诶@組的對稱性，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，可以將它寫成分塊的矩陣形式 （）其中 （） （） （） （）根據(jù)機電能量轉(zhuǎn)換原理。在多繞組電機中，在線性電感的條件下，磁場的蓄能和磁共能為： （）而電磁轉(zhuǎn)矩等于機械角位移變換時磁共能的變化率，且機械角位移，于是， （） ，— （）又由于,： （），舍去負號，意即電磁轉(zhuǎn)矩的正方向為使減小的方向，則有轉(zhuǎn)矩方程為 ( )應(yīng)該指出，上述公式是在線性磁路、磁動勢在空間按正弦分布的假定條件得出來的，但對定、轉(zhuǎn)子電流時間的波形未作任何假定，式中的電流i都是實際瞬時值。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機調(diào)速系統(tǒng)。 三相異步電機定轉(zhuǎn)子坐標系 由上節(jié)可知交流電機的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，求解困難，所以采用坐標變換的方法對交流電機的數(shù)學(xué)模型進行坐標變換，簡化電機模型。直流電機的勵磁繞組和電樞繞組完全解耦，分析和控制都很簡單。所以坐標變換的思想就是將交流電機的物理模型等效的變換為直流電機模式，等效變換的原則為在不同坐標系上產(chǎn)生的磁動勢完全相等[14]。（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。三相靜止坐標系(ABC坐標系)的A軸和兩相靜止坐標系（αβ坐標系）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。 三相和兩相坐標系與繞組磁動勢的空間矢量當三相總磁動勢和兩相總磁動勢相等時，兩套繞組瞬時磁動勢在α、β軸上的投影相等， ()所以 ()當變換后功率不變時匝數(shù)比為所以三相坐標系到兩相靜止坐標系的變換矩陣為 ()從兩相靜止坐標系到三相坐標系的坐標變換為 ()（2）兩相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標變換 兩相靜止坐標系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標系，兩相靜止坐標系（αβ坐標系）和兩相旋轉(zhuǎn)坐標系（dq坐標系）。dq坐標系以同步角速度ω1旋轉(zhuǎn)。d軸和α軸的夾角Ψ是變化的。αβ坐標系上的兩相交流電流iα、iβ和dq坐標系上的兩相直流電流id、iq產(chǎn)生相等的合成磁動勢Fs，它也以同步角速度ω1旋轉(zhuǎn)。取各相繞組匝數(shù)相等。由總磁動勢相等得到 ()即 ()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 ()兩相靜止坐標系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的坐標變換矩陣為 ()（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 () 根據(jù)掌握的內(nèi)容可以知道，異步電機的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，而坐標變換的目的就是要簡化數(shù)學(xué)模型，異步電機的數(shù)學(xué)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(xué)模型簡化很多。兩相坐標系可以是靜止的，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系上的模型就比較容易了。 ，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）。兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標d軸和三相靜止坐標A軸的夾角為θs，相應(yīng)的角速度為ωdqs，d軸相對于轉(zhuǎn)子a軸的角速度為ωdqr，轉(zhuǎn)子a軸相對于A軸的角速度為ωr?！獌上嘧鴺俗儞Q和兩相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標變換得到兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標系（dq坐標系）上的數(shù)學(xué)模型[15]。 三相靜止坐標系、兩相靜止坐標系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標系要把三相靜止坐標系上的電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程都變到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系上來，可以利用3/2變換和2s/2r變換，由于變換過程較為復(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坐標系定子和轉(zhuǎn)子等效繞組間的互感 Ls——dq坐標系定子等效繞組的自感 Lr——dq坐標系轉(zhuǎn)子等效繞組的自感在dq坐標系上，兩軸相互垂直，沒有耦合關(guān)系，只有同軸上的繞組有互感，比三相坐標系上的磁鏈方程簡單的多。（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的脈變電動勢和含有ω的旋轉(zhuǎn)電動勢分開，得到電壓
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