【正文】 r FieldOriented Abstract Threelevel inverter because it can achieve higher voltage grade, output less harmonic content of advantages in high pressure highpower inverter occasions a wide range of applications, and rotor fieldoriented control is the most widely used control method. Therefore, this article chooses threelevel inverter induction motor rotor fieldoriented control for research. Based on the analysis of the threelevel inverter topology structure and working principle and mathematical model of threephase asynchronous motor, on the basis of the coordinate transformation, the indepth study of the rotor fieldoriented vector control system design, the basic principle of the rotor flux observer, flux and speed double closed loop system. Finally, has pleted the design of control system and gives the diagram. MATLAB/Simulink on the system modeling and simulation. Key words：ThreeLevel Inverter。文中在分析了三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理和三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型、坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)上，深入研究了轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制系統(tǒng)的基本原理，設(shè)計(jì)了磁鏈和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)系統(tǒng)并給出了框圖。本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究 The Simulation Research on Asynchronous Motor Control System Based on Rotor FieldOriented 摘 要三電平逆變器因?yàn)槠淇梢詫?shí)現(xiàn)更高的電壓等級，輸出較少的諧波含量等優(yōu)勢在高壓大功率的逆變場合得到了廣泛的應(yīng)用，而轉(zhuǎn)子磁場定向控制是應(yīng)用最廣泛的調(diào)速方法。因此，本文對結(jié)合三電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制的問題進(jìn)行了研究。最后，利用MATLAB/Simulink對系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。 Asynchronous Motor。 MATLAB simulation目 錄摘 要 IAbstract II一、緒 論 1（一）課題背景和意義 1（二）多電平逆變器的發(fā)展概況 1（三）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)綜述 21. 交流調(diào)速的發(fā)展概況 22. 轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)的發(fā)展概況 2（四）課題研究的主要內(nèi)容 3二、二極管嵌位式三電平逆變器 4（一）逆變器介紹 4（二）三電平逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理 4（三）二極管鉗位型三電平逆變器的優(yōu)缺點(diǎn) 8三、異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制 9（一）異步電機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型與坐標(biāo)變換 9 9 13 16 18（二） 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制 19 19 19 21（三）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng) 2磁鏈雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 23 24 24（四）本章小結(jié) 24四、控制系統(tǒng)仿真分析 25（一）MATLAB/Simulink軟件介紹 25（二）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真 25 25 25（三）本章小結(jié) 33五、結(jié)論與展望 34參考文獻(xiàn) 35致 謝 36一、緒 論（一）課題背景和意義為了解決電力緊張的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，需要提高用電設(shè)備的效率。常用中小功率的變頻器發(fā)展很成熟，而200KW以上的大中功率變頻器還有很大的發(fā)展空間。多電平逆變器因?yàn)槠潆妷簯?yīng)力小，輸出諧波少等優(yōu)點(diǎn)在高壓大容量領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，成為研究的熱點(diǎn)[1]。直接轉(zhuǎn)矩控制也是一種轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制方法，但低速性能不理想。所以對異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制的研究是很必要的[2]。（二）多電平逆變器的發(fā)展概況傳統(tǒng)兩電平逆變器在一個(gè)輸出周期內(nèi)橋臂的相電壓為兩電平波，高頻時(shí)產(chǎn)生很大的浪涌電壓和開關(guān)損耗，無法應(yīng)用在高壓輸出逆變器場合。該逆變器輸出三電平的電壓波，稱為三電平逆變器。多電平逆變器能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電壓等級、輸出電壓諧波含量低、du/dt和di/dt引起的電磁干擾小，在高電壓大功率逆變場合具有廣泛的應(yīng)用。還有一些衍生的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如層疊多單元逆變器等。二極管嵌位型、電容嵌位型多電平逆變器適用于高電壓輸出大功率逆變場合。二極管箝位式逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，但中點(diǎn)電壓平衡難以控制，目前只有三電平逆變器實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用[34]。但直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)速、電壓、功率受到環(huán)境影響，價(jià)格昂貴。但異步電動機(jī)本身是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，可控性較差，以前未得到大規(guī)模應(yīng)用。異步電機(jī)的控制包括恒壓頻比控制、滑差頻率控制。但它是一種開環(huán)控制，動態(tài)性能較差，控制參數(shù)還需要根據(jù)負(fù)載的不同改變，低速時(shí)還可能產(chǎn)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。但是沒有瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，所以會影響動態(tài)性能。大多應(yīng)用在風(fēng)機(jī)等沒有高動態(tài)性能要求的調(diào)速中[2]。 2. 轉(zhuǎn)子磁場定向控制技術(shù)的發(fā)展概況 理論。轉(zhuǎn)子磁場定向控制的思想是將異步電機(jī)模擬成直流電機(jī)控制?？刂苿?lì)磁分量為恒定值，通過控制電流轉(zhuǎn)矩分量控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩，這種控制方法和直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制相似。在轉(zhuǎn)子磁場定向控制中，電機(jī)參數(shù)變化和轉(zhuǎn)速測量的誤差會引起磁鏈誤差，影響轉(zhuǎn)子磁場定向控制的效果。但由于其運(yùn)算非常復(fù)雜，當(dāng)時(shí)的控制系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)。21世紀(jì)轉(zhuǎn)子磁場定向控制也在快速的發(fā)展，日本在通用變頻器上的無速度傳感器方面比較先進(jìn)，美國在電機(jī)參數(shù)辨識上的研究比較深入，德國在大功率系統(tǒng)應(yīng)用上比較先進(jìn)。（四）課題研究的主要內(nèi)容多電平逆變器因?yàn)槟蛪焊?，輸出諧波含量少等優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于在高壓大功率應(yīng)用領(lǐng)域，三電平逆變器是多電平逆變器中應(yīng)用最廣泛的一種。本文針對基于三電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制進(jìn)行了研究。2. 分析了異步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系和兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型，研究了異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制的原理和磁鏈觀測模型。4. 對三電平逆變器的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)的動態(tài)性能進(jìn)行了MATLAB仿真。理論上，逆變器的電平數(shù)越多，所得到的階梯數(shù)越多，從而更接近于正弦波，諧波含量越小。在兩電平逆變器中，通過輪流導(dǎo)通的電力電子器件，在輸出端把中間直流回路的正端電壓和負(fù)端電壓分別接到交流電動機(jī)定子各相繞組上。所以提出了多電平逆變器適應(yīng)負(fù)載的要求[3]，目前只有二極管嵌位式三電平逆變器在中壓大功率傳動系統(tǒng)中得到了實(shí)際應(yīng)用[5]。二極管嵌位式三電平逆變器的電平數(shù)比兩電平逆變器多，輸出電壓和電流接近于正弦波，諧波含量減少。du/dt的降低減小了對外圍電路和電機(jī)的影響[17]。基于三電平逆變器的優(yōu)勢，本文采用二極管嵌位式三電平逆變器，并通過開關(guān)狀態(tài)的分配減小中點(diǎn)電位偏移。通過對基本電路單元的不同組合，可以生成不同電平數(shù)以及不同電路特性的多種電路。目前所見到的多電平逆變器，按照主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分，主要分為三類基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：二極管鉗位型多電平逆變器(Diodeclamped multilevel inverter)、飛跨電容型多電平逆變器(Flyingcapacitor multilevel inverter)和