矢量控制的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2025-07-13 16:41本頁(yè)面
【正文】 =np Lm (isq ird –isd irq)運(yùn)動(dòng)方程與坐標(biāo)變換無(wú)關(guān)，仍為 以上關(guān)系說(shuō)明，選擇轉(zhuǎn)子磁鏈的空間矢量方向?yàn)镸軸方向進(jìn)行定向，并控制Ψm2的幅值不變，可實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)電流分量與轉(zhuǎn)矩電流分量之間的解耦。設(shè)有同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩組正交繞組，它們分別用來(lái)等效實(shí)際電機(jī)的三相定子繞組和三相轉(zhuǎn)子繞組。三相靜止坐標(biāo)系到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換矩陣VR，即其反變換矩陣為：通過上述變換，可將靜止坐標(biāo)系下的三相電流ia、ib、ic等效地變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下(與磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn))的兩相正交的電流id和iq ( i0在三相對(duì)稱情況下為0)，而id和iq是互相解耦的，最終可以實(shí)現(xiàn)類似于直流電機(jī)的解耦控制。 矢量控制原理參考直流電機(jī)中的解耦控制，如果能夠把異步電機(jī)的定子電流也分解為互相正交的磁場(chǎng)分量id和轉(zhuǎn)矩分量iq，(這里的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別對(duì)應(yīng)于直流電機(jī)的勵(lì)磁電流If及電樞電流Ia)，就可以得到異步電機(jī)另一種電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，即TC =Kid iq顯然，如果以定子電流作為控制對(duì)象，想辦法得到相互解耦的id和iq，則對(duì)定子電流的控制就可轉(zhuǎn)化為對(duì)id和iq的控制，而id和iq又是解耦的，對(duì)id和iq分別控制就可以像直流電機(jī)一樣方便地控制電磁轉(zhuǎn)矩，這就是矢量控制，下面分析整個(gè)解耦過程。從異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)知道，對(duì)于鼠籠式的轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子電流I2及功率因數(shù)cosФ2顯然無(wú)法加以控制，而Φm由定子電流和轉(zhuǎn)子電流共同決定，也不能直接控制，因此通過直接改變定子電流來(lái)控制異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te顯然非常困難，要想實(shí)現(xiàn)類似于直流電機(jī)的解耦控制更是不可能的。由于Ia和 If 與 T e之間的線性關(guān)系，通過它們來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速時(shí)可以獲得良好的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。這樣一來(lái)Ia和If 彼此無(wú)關(guān)，都只與轉(zhuǎn)矩Te有關(guān)，因而可以分別加以控制，因此，當(dāng)If 一定時(shí)，磁場(chǎng)恒定，可以通過調(diào)節(jié)電樞電流Ia來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。已知直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，即Te=KΦIa=K’ IaIf (假設(shè)Φ∝If )式中，K 、 K’為比例系數(shù)；Ia為直流電機(jī)轉(zhuǎn)子電樞電流，單位為A；If 為定子勵(lì)磁電流，單位為A；Φ可認(rèn)為是由定子勵(lì)磁電流單獨(dú)產(chǎn)生的氣隙主磁通，單位為Wb(忽略轉(zhuǎn)子電樞電流的電樞反應(yīng))。所謂異步電機(jī)的矢量控制，實(shí)際上就是借鑒直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩關(guān)系，通過坐標(biāo)變換的方法，得到與直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩形式相似的異步電機(jī)解耦轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行方便調(diào)節(jié)的控制方式。當(dāng)觀察者也站在鐵心上和繞組一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，在他看來(lái)，繞組d和q是兩個(gè)通以直流電而相互垂直的靜止繞組，如果控制磁通Ф的位置在d軸上，這就和直流電機(jī)模型沒有什么區(qū)別了。的兩相平衡電流也產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F， a) b)產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相等時(shí)， a) b)的兩相繞組等效。然而任意相平衡電流通入相應(yīng)相的對(duì)稱繞組均可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，其中以兩相繞組最為簡(jiǎn)單，兩相靜止繞組α和β，它們?cè)诳臻g相差90176。三相平衡的正弦電流iA，iB，ic通到交流電機(jī)三相對(duì)稱的靜止繞組A、B、C會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F，在空間呈正弦分布，并以同步轉(zhuǎn)速ω1繞ABCA相序旋轉(zhuǎn)。如果能將交流電機(jī)的物理模型等效成直流電機(jī)的形式，然后再利用直流電機(jī)的控制方式，則可以使問題簡(jiǎn)化。矢量的坐標(biāo)變換主要依據(jù)以下原則:在確定電機(jī)的電流變換矩陣時(shí)，應(yīng)該使得變換前后的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)等效，即變換前后的電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同。對(duì)于恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，可認(rèn)為，D=0，K=0，則： 坐標(biāo)變換感應(yīng)電機(jī)的控制可以通過矢量的坐標(biāo)變換來(lái)把感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制等效為直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制。因此，上述電磁轉(zhuǎn)矩公式完全適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)。)] Lms——最大互感磁通對(duì)應(yīng)的定、轉(zhuǎn)子互感。③轉(zhuǎn)矩方程由機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，電磁轉(zhuǎn)矩Te等于電流不變時(shí)磁場(chǎng)儲(chǔ)能對(duì)機(jī)械角位移的偏導(dǎo)數(shù)：式中：ω電角速度； θ 電角度表示的空間角位移； Wm 磁場(chǎng)儲(chǔ)能； np 電機(jī)的極對(duì)數(shù)； θm 機(jī)械角位移由上式可以推導(dǎo)得: T e =npLms[(iAia+iBib+iCic)sinθ+(iAia+iBib+iCic)sin(θ+120176。①電壓方程式中 uA 、 uB 、 uC 、 ua 、ub 、uc 定子、轉(zhuǎn)子的各相電壓瞬時(shí)值； iA、 iB 、 iC 、ia 、ib 、 ic 定子、轉(zhuǎn)子的各相電流瞬時(shí)值； ψA、 ψB、 ψC、 ψa、 ψb、 ψc 各相繞組的全磁鏈； Rs 、 Rr 定子和轉(zhuǎn)子繞組電阻； p微分算子。 三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型⑸數(shù)學(xué)模型的方程規(guī)定各繞組電壓、電流、磁鏈的正方向符合電動(dòng)機(jī)慣例和右手螺旋定則。這樣。無(wú)論電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是繞線型還是籠型的，都將它等效成三相繞線轉(zhuǎn)子，并折算到定子側(cè)。⑶忽略鐵心損耗。電角度，所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)沿氣隙周圍按正弦規(guī)律分布。 異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。模型分析工具包括線性化工具和微調(diào)工具，它們可以從MATLAB命令行直接訪問，同時(shí)還有很多MATLAB的toolboxes中的工具。使用scopes或其他顯示模塊就可在模擬運(yùn)行時(shí)看到模擬結(jié)果。在定義了一個(gè)模型后，就可以進(jìn)行仿真了，用綜合方法的選擇或用Simulink的菜單或MATLAB命令窗口的命令鍵入?？梢栽诟邔由辖y(tǒng)觀系統(tǒng)，然后雙擊模塊來(lái)觀看下一層的模型細(xì)節(jié)。同時(shí)也能自己定義和建立自己的塊。相對(duì)于以前的仿真需要用語(yǔ)言和程序來(lái)表明不同的方程式而言有了極大的進(jìn)步。Simulink提供一個(gè)圖形化用戶界面用于建模，用鼠標(biāo)拖拉塊狀圖表即可完成建模。 Simulink 概述Simulink是用于仿真建模及分析動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一組程序包，它支持線形和非線性系統(tǒng)，能在連續(xù)時(shí)間、離散時(shí)間或兩者的復(fù)合情況下建模。⑸MATLAB應(yīng)用程序編程界面： 這是一個(gè)允許你在MATLAB界面下編寫C和Fortran程序的庫(kù)。同時(shí)它也提供低級(jí)命令便于用戶完全定制圖形界面并在你的MATLAB軟件中建立完整的用戶圖形界面。⑶圖形操作： 這是MATLAB的圖形系統(tǒng)。它包含有在你的工作空間進(jìn)行管理變量及輸入和采集數(shù)據(jù)的設(shè)備。它既有“小型編程”的功能，快速建立小型可棄程序，又有“大型編程”的功能，開發(fā)一個(gè)完整的大型復(fù)雜應(yīng)用程序。其包含的SIMULINK是用于在MATLAB下建立系統(tǒng)框圖和仿真環(huán)境的組件，其包含有大量的模塊集，可以很方便的調(diào)取各種模塊來(lái)搭建所構(gòu)想的試驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)SIMULINK還提供時(shí)域和頻域分析工具，能夠直接繪制系統(tǒng)的Bode圖和Nyquist圖。美國(guó)許多大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室都安裝有MATLAB，供學(xué)習(xí)和研究之用。經(jīng)過幾十年的完善和擴(kuò)充，它已發(fā)展成線形代數(shù)課程的標(biāo)準(zhǔn)工具。工具箱包含著Mfile集，它使MATLAB可延展至解決特殊類的問題。MATLAB的一系列的特殊應(yīng)用解決方案稱為工具箱（toolboxes）。在大學(xué)環(huán)境中，它作為介紹性的教
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