基于matlab的異步電機變頻調速系統(tǒng)的設計畢業(yè)設計(編輯修改稿)
2025-09-15 14:23 本頁面
【文章內容簡介】 ,且與轉子位置有關,是時變元素,這是因為系統(tǒng)非線性的根源,可以用坐標變換把變參數轉換成參數。(2)電壓方程 三相定子繞組電壓平衡方程式為: 三相轉子繞組折算到定子側后的電壓方程式為: 上述各量己折算到定子側,將電壓方程用矩陣形式表示可寫成: (3)轉矩方程 按照機電能量轉換原理,可求出電磁轉矩的表達式:式中,??電磁轉矩。 ??電機的磁極對數。(4)運動方程 作用在電動機軸上的轉矩與電動機速度變化之間的關系可以用運動方程來表達,一般情況下,電氣傳動系統(tǒng)的運動方程式為: 對于恒轉矩負載DK0,則: 上述的異步電動機動態(tài)模型是在線性磁路、磁動勢在空間按正弦分布的假定條件下得出來的,對定、轉子電壓和電流未作任何假設。因此,該動態(tài)模型完全可以用來分析含有電壓、電流諧波的三相異步電動機調速系統(tǒng)的動態(tài)過程。 坐標變換 三相繞組可以用相互獨立的兩相正交對稱繞組等效替代,等效原則是產生相等是磁動勢。所謂獨立是指兩相繞組間無約束條件,即不存在約束條件。所謂正交是指兩相繞組在空間上互差。所謂對稱是兩相繞組的匝數和阻值相等。圖22中繪出兩相繞組α、β,通過兩相平衡交流電流和,也能產生旋轉磁動勢。當三相繞組和兩相繞組產生的兩個旋轉磁動勢大小和轉速都相等時,即認為兩相繞組與三相繞組等效,這就是3/2變換。三相坐標系和兩相坐標系物理模型如圖22所示。 圖22 三相坐標系和兩相坐標系物理模型 異步電動機三相原始動態(tài)模型相當復雜,分析和求解這組非線性方程十分困難。異步電動機數學模型之所以復雜,關鍵是因為有一個復雜的電感矩陣和轉矩方程,它們體現了異步電動機的電磁耦合和能量轉換的復雜關系。因此,需從電磁耦合關系入手。 兩相匝數相等相互正交的繞組d、q,分別通以直流電流和,產生合成磁勢F,其位置相對于繞組來說是固定的。如果人為地讓包括兩個繞組在內的整個鐵心以同步轉速旋轉,則磁勢F自然也隨之旋轉起來,成為旋轉磁動勢。如果這個旋轉磁動勢的大小和轉速與固定的交流繞組產生的旋轉磁動勢相等,那么這套旋轉的直流繞組也就和前面兩套固定的交流繞組等效了。旋轉正交坐標系的物理模型如圖23所示。 圖23 旋轉正交坐標系的物理模型 由此可見,以產生相同的旋轉磁動勢為準則,三相交流繞組、兩相交流繞組和旋轉的直流繞組彼此等效?；蛘哒f,在三相坐標系下、和在兩相坐標系下的、以及在旋轉正交坐標系下的直流和產生的旋轉磁動勢相等。在圖23中的d、q兩個繞組而言,當觀察者站在地面上看上去,它們是與三相交流繞組等效的旋轉直流繞組。如果跳到旋轉著的鐵心上看,它們就的的確確是一個直流電動機的物理模型。 這樣,通過坐標系的變換,可以找到與交流三繞組等效的直流電動機模型?，F在的問題是如何求出、與、和、之間準確的等效關系,這就是坐標變換的任務。(3/2變換) A、B、C為三相靜止繞組,每相繞組的有效匝數為,通以三相平衡的正弦電流,產生合成磁動勢F,以同步轉速旋轉,A、B、C軸稱為三相靜止坐標系。α、β為兩相靜止繞組,每相繞組的有效匝數為,它們在空間互差,且通入時間上互差的兩相電流,也產生與上相同的磁動勢F,并以同步轉速旋轉,α、β軸稱為兩相靜止坐標系。當進行三相/兩相坐標變換時,三相總磁動勢應該與兩相總磁動勢相等,兩套繞組瞬時總磁動勢在α、β軸上的投影都應相等,寫成矩陣形式,得: 在變換前后總功率不變的前提下,得到匝數比為: 三相靜止坐標系等效變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣: 如果從兩相靜止坐標系變換到三相靜止坐標系,可以利用增廣矩陣的方法,把擴成方陣,求其逆矩陣之后,再除以增加的一列,得: 為了便于利用功率不變條件下的坐標變換矩陣,需將變換矩陣變?yōu)榉疥?因此,在、坐標系中增設零軸,得: 上述公式同樣適合于電壓和磁鏈的變換矩陣。(2s/2r變換) 從靜止兩相正交坐標系αβ到旋轉正交坐標系dq的變換,稱作靜止兩相旋轉正交變換,簡稱2s/2r變換。為兩相靜止坐標系統(tǒng)2S與磁場定向的MT兩相同步旋轉坐標系統(tǒng)2r之間的變換稱為兩相/兩相變換,簡稱變換,如圖24所示。 圖24 靜止兩相正交坐標系和旋轉正交坐標系中磁動勢矢量 圖中兩相交流電流,兩相直流電流,產生同樣的以同步速度旋轉的合成磁動勢F。由于各繞組匝數相等,可以消去磁動勢中的匝數,可以用電流表示,但是此時的電流是空間矢量,而非時間相量。軸和軸靜止不動,分量和的大小卻隨時間而變化,相當于和繞組在的交流磁動勢的瞬時值。M軸和軸之間的夾角是隨時間而變化的,而M軸和轉子總磁鏈空間矢量方向重合,由圖可知: 寫成矩陣形式為: 式中, 為兩相同步旋轉坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣。 反之,由兩相靜止坐標系變換到兩相同步旋轉坐標系的變換矩陣為: 電壓和磁鏈的旋轉變換矩陣也與電流磁動勢的旋轉變換矩陣相同。 異步電動機在兩相坐標系上的數學模型 兩相坐標系可以是靜止的,也可以是旋轉的,其中任意旋轉的坐標系是最常見的一種情況,由此,求某一具體兩相坐標系上的數學模型就相對比較容易了。 設兩相坐標d軸與三相坐標A軸的夾角為,為dq坐標系相對于定子的角速度。為dq坐標系相對于轉子的角速度。要把三相靜止坐標系上的電壓方程、磁鏈方程和轉矩方程都變換到兩相旋轉坐標系上來,可以先利用3S/2S變換將方程式中的定子和轉子的電流、電壓、磁鏈和轉矩都轉換到兩相靜止坐標系上,然后再用旋轉變換矩陣將這些變量都變換到兩相旋轉坐標系dq上。定子各量用下標1表示,轉子各量用下標2表示。具體的變換過程比較復雜,變換后得到的數學模型如下。(1)dq坐標系中的電壓方程: (2)dq坐標系中的磁鏈方程 數學模型簡化的根本原因可從磁鏈方程和dq坐標系物理模型上看出。其磁鏈方程為: 由于變換到dq坐標系上以后,定子和轉子等效繞組都落在兩根軸上,而且兩軸相互垂直,它們之間沒有互感的耦合關系,互感磁鏈只在同軸繞組之間存在,所以式中每個磁鏈分量只剩下兩項了。(3)dq坐標系中的轉矩方程和運動方程 將坐標變換矩陣代入ABC三相坐標系中的轉矩方程式,簡化后,得到dq0坐標系中的轉矩方程為: 所以在dq0坐標系中的運動方程為: 設d軸沿著轉子磁鏈的方向,稱之M軸。q軸逆時針旋轉,即垂直于M軸,稱為T軸。這樣兩相同步旋轉的坐標系就具體規(guī)定為MT坐標系,即按轉子磁場定向的坐標系。坐標系旋轉速度等于同步角速度轉子旋轉機械角速度為。MT軸相對于轉子的角速度為,即為轉差的角速度。MT坐標系上的數學模型: 3 交流異步電動機性能的仿真研究 本章主要通過仿真研究異步電動機的特性,為下一章交流異步電動機矢量控制調速系統(tǒng)的仿真打下基礎。主要內容是在MATLAB/Simulink工作環(huán)境下,首先是對鼠籠型交流異步電動機在正弦交流電壓下的工作情況進行仿真,參數設置以及出波形的特性。然后是對對在變頻器供電時異步電動機的工作情況進行仿真,并對相關波形進行分析。 當三相異步電機接三相交流電源時,三相定子繞組流過三相對稱電流產生的三相磁動勢(定子旋轉磁動勢)并產生旋轉磁場。該旋轉磁場與轉子導體之間有相對切割運動,根據電磁感應原理,轉子導體產生感應電動勢并產生感應電流。載流的轉子導體在磁場中受到電磁力作用,形成電磁轉矩,驅動轉子旋轉,當電動機軸上帶機械負載時,便向外輸出機械能。三相異步電動機的轉速永遠低于旋轉磁場的同步轉速,使轉子和旋轉磁場間有相對運動,從而保證轉子的閉合導體切割磁力線,感生電流,產生轉矩。 在Simulink中異步電動機連接三相正弦電源時仿真模型如圖31所示。圖31 交流條件下異步電動機仿真模型 異步電動機連接三相正弦電源,電動機負載由常數模塊TL設定,電動機參數通過電動機測量模塊(Machines Measurement Demux)測量,通過示波器觀測電動機定子三相電流(isa,is
公司管理相關推薦
鄂ICP備17016276號-1