【正文】 Kp與 Ki分別為比例增益系數(shù)和積分增益系數(shù) ， 調(diào)節(jié)器輸出的轉(zhuǎn)矩由 Saturation環(huán)節(jié)來限定幅值 。 圖 41 系統(tǒng)仿真模型 仿 真 模 型 模 塊 分析 1. 異步電機(jī) 模型 圖 42 異步電機(jī)模型及其參數(shù)設(shè)置 仿真所用到的電機(jī)參數(shù)如下：額定電壓 220UV? ，頻率 50f HZ? ，額定轉(zhuǎn)速 v=1420r/min，定子電阻 ??，轉(zhuǎn)子電阻 0. 00 92 95Rr ??，定 子 等 效 兩 相 繞 組 的 自 感 10 .7 62 7L s mH? ， 轉(zhuǎn) 子 等 效 兩 相 繞 組 的 自 感10 .7 62 7L r mH? ，定 子與 轉(zhuǎn)子 同 軸等 效繞 組間 的 互感 mH? ，極對數(shù) 2np? ，轉(zhuǎn)動慣量 .J kg m? 。 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 變頻 調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真 仿真模型的建立 依 據(jù) 異 步 電 機(jī) 直 接 轉(zhuǎn) 矩 控 制 變 頻 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 原 理 圖 ， 我 們 在simulink/PSB 的基礎(chǔ)上可以建立其仿真模型，如圖 41 所示。 同時(shí)Simulink 也同樣有比較完整的幫助系統(tǒng)，使用戶可以隨時(shí)找到對應(yīng)模塊的說明，便于應(yīng)用。 Simulink 沒有單獨(dú)的語言，但是它提供了 S 函數(shù)規(guī)則。利用 Simulink 對系統(tǒng)進(jìn)行仿真與分析，在進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境后， 不需要 書寫代 碼， 只需使 用鼠標(biāo) 拖動 庫中 的 功能 模塊并 將它們 連接起來 ，按照 實(shí)驗(yàn)要 求修 改各元 器件的 參數(shù) ，其系 統(tǒng)的 函數(shù)和 電路元 器件的模型都用框圖來表達(dá)，框圖之間的連線則表示了信號流動的方向。 (3)所加零電壓矢量時(shí)，轉(zhuǎn)矩 不變 。轉(zhuǎn) 矩的變化趨勢，將只取決于轉(zhuǎn)矩角的變化趨勢。 當(dāng) sut? 2 cosS??時(shí)， OB OA 。定子磁鏈幅值的變化過程可以等效為兩步分析：第一步，定子磁鏈幅值從 OA 減小到 OD ，減小的原因是 AB 在定子磁鏈方向上的分量 AD 的作用；第二步，定子磁鏈幅值從 OD 增大 到 OB ，增加的原 因是 AB 在與定 子磁鏈 方向垂 直方向上的分量 BD 的作用。 但是這 不是一 個(gè)嚴(yán) 謹(jǐn)?shù)慕Y(jié) 論， 這種情 況依然 存在定子磁鏈幅值不變和增大的情形。 (3)正六邊形的六條邊代表定子磁鏈空間矢量的一個(gè)周期的運(yùn)動軌跡。按同樣的方法依次給出 5su (001)、 6su (101) 1su (100) 2su (110)，則磁鏈空間矢量 ()s t? 的頂點(diǎn)將沿著 S S S S6 的軌跡運(yùn)動。圖 310 表示定子磁鏈空間矢量與定子電壓空間矢量的關(guān)系。所對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)是 100110010011001101 。 )( rqsdrdsqmpe iiiiLnT ??EE+u dS a S b S ca b c￣ S a ￣ S b ￣ S c 圖 36 理 想 電壓源型逆變器結(jié)構(gòu)圖 表 33 逆變器的 8 種開關(guān)狀態(tài) 狀態(tài) 0 1 2 3 4 5 6 7 aS 0 1 1 0 0 0 1 1 bS 0 0 1 1 1 0 0 1 cS 0 0 0 0 1 1 1 1 對應(yīng)于逆變器的 8 種開關(guān)狀態(tài)，對外部負(fù)載來說，逆變器輸出 7 種不同的電壓狀態(tài)。由于 ,as 與 as 、 ,bs 與 ,bs 、 ,cs 與 ,cs 之間互為 反向 ， 即一個(gè) 接通 另一個(gè) 斷開，所以三相開關(guān)有 32 =8 種可能的開關(guān)組合。 定子磁鏈 和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 模型 定子磁鏈采用的 ui 模型是用定子電壓和定子電流來確定定子磁鏈的模型 。 但是 由于存 在一 定的定 子電阻 壓降，轉(zhuǎn)矩和磁鏈在電機(jī)終端短路時(shí)會略有減小。 表 31 逆變器電壓矢量開關(guān)表 sH? eTH (1)S (2)S (3)S (4)S (5)S (6)S 0 0 5V 6V 1V 2V 3V 4V 1 3V 4V 5V 6V 1V 2V 1 1 2V 3V 4V 5V 6V 1V 0 6V 1V 2V 3V 4V 5V 表 32 歸納了圖 35 中各個(gè)電壓矢量作用下，定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩變化量的 大小和方向。 圖 35 表示了逆變器的 8 個(gè)電壓矢量 (6 個(gè)非零電壓矢量和 2 個(gè)零矢量 )和典型的 S? 矢量。實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶?s? 被控制在滯環(huán)帶內(nèi)并以之字形軌跡跟蹤給定定子磁鏈?zhǔn)噶?s? *。在直 接轉(zhuǎn) 矩控制 中，其 基本控制 方法就 是通過 選擇 電壓空 間矢量 來控 制定子 磁鏈 的旋轉(zhuǎn) 速度， 控制定子 磁鏈走 走停停 ，以 改變定 子磁鏈 的平 均旋轉(zhuǎn) 速度 的大小 ，從而 改變轉(zhuǎn)矩 角的大 小，以 達(dá)到 控制電 動機(jī)轉(zhuǎn) 矩的 目的。 第 3章 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的原理 直接轉(zhuǎn)矩控制 原理 直接轉(zhuǎn)矩控制是為電壓源型 PWM 逆變器傳 動系統(tǒng)提出的一種先進(jìn)的轉(zhuǎn)矩 控 制技術(shù) ，基于 該技 術(shù)的傳 動系統(tǒng) 性能 可與矢 量控 制的異 步電動 機(jī)傳動系 統(tǒng)性能 相媲美 。 異步電動機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 異步電動機(jī)在兩 相靜止 坐標(biāo)系 （ ?? 坐標(biāo)系）下的 數(shù)學(xué)模 型是在 任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型當(dāng)轉(zhuǎn)速等于零時(shí)的特例。 對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載， 0, 0DK? ? ? ，則 (221) 異步電動機(jī)在任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 下的數(shù)學(xué) 模型 設(shè)兩相坐標(biāo) 系 d 軸與三相坐標(biāo) A 軸的夾 角為 S? ，而 S dqsp??? 為兩相任意速旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（ dq 坐標(biāo)系）相對于定子的角轉(zhuǎn)速，數(shù)學(xué)模型由以下方程表述： （ 1） 磁鏈方程 00000000sd sdSmsq sqSmrd rdmrrq rqmriLLiLLiLLiLL????? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ? (222) 式中 ： sd? ， sq? ， rd? ， rq? —— dq 坐標(biāo)系下 定子磁鏈與轉(zhuǎn)子 磁鏈的兩個(gè)分量； sdi , sqi , rdi , rqi —— dq 坐標(biāo)系下定子電流與轉(zhuǎn)子電流的兩個(gè)分量； mL —— 定子與轉(zhuǎn)子同軸等效繞組間的互感 ； SL —— 定子等效兩相繞組的自感； rL —— 轉(zhuǎn)子等效兩相繞組的自感； (2)電壓方程 sd S S dq s m dq s m sdsq dq s s S S dq s m m sqrd m dq r m r r dq r r rdrq dq r m m dq r r r r rqU R L P 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????????? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? (223) 式中 ： sdU ， sqU ， rdU ， rqU dq 坐標(biāo)系下定子電壓與轉(zhuǎn)子電壓的兩個(gè)分量； SR , rR 定子電阻與轉(zhuǎn)子電阻 ； dqs? , dqr? dq 坐標(biāo)系分別相對于定子、轉(zhuǎn)子的角轉(zhuǎn)速 ； sdi , sqi , rdi , rqi , SL , mL , rL 同上 。mm ???mmW??? 39。 。在 假定氣隙磁通為正弦分布的條件下，互感值應(yīng)為 ： 于是： （ 212） 定、轉(zhuǎn)子繞組間的互感，由于相互間位置的變化，可分別表示為 （ 213） 當(dāng)定、 轉(zhuǎn)子兩 相繞 組軸線 一致 時(shí)，兩 者之 間的互 感值 最大， 就是每相最大互感 msL 。 對于每一相繞組來說，它所交鏈的磁通是互感磁通與漏感磁通之和，因 此，定子各相自感為 ： （ 210） 轉(zhuǎn)子各相自感為 （ 211） 其中 :定子 漏感 1sL —— 定子各相漏 磁通所 對應(yīng)的電 感，由 于繞組的對稱性，各相漏感值均相等； ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????cbaCBAcbaCBArrrssscbaCBA000000000000000000000000000000??????piiiiiiRRRRRRuuuuuuΨRiu p???????????????????????????????????????????????????????????????cbaCBAcCcbcacCcBcAbcbbbabCbBbAacabaaaCaBaACcCbCaCCCBCABcBbBaBCBBBAAcAbAaACABAAcbaCBAiiiiiiLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL??????LiΨ?smsCCBBAA lLLLLL ????rmsccbbaa lLLLLL ????轉(zhuǎn)子漏感 1rL —— 轉(zhuǎn)子各相漏磁通所對應(yīng)的電感 ； 兩相繞組之間只有互感。 上 述 各 量 都 已 折 算 到 定 子 側(cè) ， 為 了 簡 單 起 見 ， 表 示 折 算 的 上 角 標(biāo)“ ’ ” 均省略，以下同此。 ABCABCiAiBiCFω1?1FMTimitMT??F? i??i?ω1 (a)三相交流繞組 (b)兩相交流繞組 (c)旋轉(zhuǎn)的直流繞組 圖 22 等效的電動機(jī)繞組物理模型 圖 22 等效的 交流電動機(jī)繞組和直流電動 機(jī)繞組物理模型以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動勢為原則，圖 22 中的三種 物理模型彼此等效。 ABCuAuBuC?1?uaubucabc? 圖 21 三相異步電動機(jī)的物理模型 直流電 動機(jī)的 數(shù)學(xué) 模型比 較簡 單，其 主磁 通基本 上唯 一地由 勵磁繞組的勵 磁電流 決定， 這是 直流電 動機(jī)的 動態(tài) 數(shù)學(xué)模 型及 其控制 系統(tǒng)比 較簡單的 根本原 因。在研究異步電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型時(shí)，常作如下的假設(shè)： (1)忽 略空 間諧 波 ， 設(shè)三 相繞 組對 稱， 在空 間 上互 差 23? 電角度 ，所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙按正弦規(guī)律分布； (2)忽略磁路飽和 ，各繞組的自感和互感都是恒定的； (3)忽略鐵心損耗； (4)不考慮 頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響； 無論異 步電動 機(jī)的 轉(zhuǎn)子是 繞線 型還是 鼠籠 型，都 將它 等效成 三相繞線 轉(zhuǎn)子 ，并折 算到定 子側(cè) ，折算 后的定 、轉(zhuǎn) 子繞組 匝數(shù) 相等。 該系統(tǒng) 能夠 較好地 控制電 機(jī)的 轉(zhuǎn)速， 達(dá)到 了預(yù)期 的控制 效果，加深了對理論知識的理解，也增強(qiáng)了自身的知識應(yīng)用能力。 由于定 子磁 鏈的估 算只 與相對