【正文】 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 15 系，都能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。直流勵(lì)磁 電源功率 較小，通常由單相半波或全波晶閘管 整流器 組成，改變晶閘管的導(dǎo)通角，可以改變 勵(lì)磁電流 的大小。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)： 1)調(diào)壓調(diào)速線路簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； 2)調(diào)壓過(guò)程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低 ； 3)調(diào)壓調(diào)速一般適用于 100KW 以下的生產(chǎn)機(jī)械。 調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個(gè)能提供電 壓變化的電源，目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和 電抗器 、 自耦變壓器 以及晶閘管調(diào)壓等幾種。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動(dòng)機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動(dòng)機(jī)，或者在繞線式電動(dòng)機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。 定子調(diào)壓調(diào)速方法 當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。 繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 14 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)差率 加大，電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢(shì)所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。其特點(diǎn)： 1)效率高，調(diào)速過(guò)程中沒(méi)有附加損耗； 2)調(diào)速范圍大，特性硬，精度高； 3)技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)高，維護(hù)檢修困難 ； 4)本方法適用于要 求精度高、調(diào)速性能較好場(chǎng)合。 變頻調(diào)速 方法 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 13 變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。 從調(diào)速時(shí)的能耗觀點(diǎn)來(lái)看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時(shí)轉(zhuǎn)差率不變，因此無(wú)轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速以及能 將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級(jí)調(diào)速等）。 在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、 串極調(diào)速 以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差 離合器 、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為： n=60f/p(1s) 從上式可見(jiàn)，改變供電頻 率 f、電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) p 及轉(zhuǎn)差率 s 均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。它的出現(xiàn)推動(dòng)了變頻家電市場(chǎng)的啟動(dòng)和發(fā)展。 近年來(lái)帶驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路的智能功率模塊（ IPM）相繼面市。智能功率模塊（ IPM）是 將功率器件的配置、散熱乃至驅(qū)動(dòng)問(wèn)題在模塊中解決，因而易于使用，可靠性高。此外，在抗干擾方面也有著 PWM 無(wú)法比擬的優(yōu)越性，可抑制高次諧波的生成，減小對(duì)電網(wǎng)的污染。而采用 PAM 控制方式的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可提高 倍左右，這樣大大提高了快速制冷和制熱能力。同時(shí)，避免了交流變頻電機(jī)電磁噪聲較大的缺點(diǎn)，噪聲更加低 . 控制技術(shù)由 PWM（脈寬調(diào)制）向 PAM（脈幅調(diào)制 ）方向發(fā)展 采用 PWM 控制方式的電機(jī)轉(zhuǎn)速受到上限轉(zhuǎn)速的限制。 變頻技術(shù)的發(fā)展方向 交流變頻向直流變頻方向轉(zhuǎn)化 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 11 直流變頻是以數(shù)字轉(zhuǎn)換電路代替交流變頻中的交流轉(zhuǎn)換電路，使負(fù)載電機(jī)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。在這里，通過(guò)改變矩形脈沖的寬度控制其電壓幅值；通過(guò)改變調(diào)制周期控制其輸出頻率，從而在逆變器上同時(shí)進(jìn)行輸出電壓和頻率的控制，而滿足變頻調(diào)速對(duì) U/f 協(xié)調(diào)控制的要求。變頻器一般由整流器、濾波器、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路以及控制器（ MCU／ DSP）等部分組成。此外，在許多場(chǎng)合，為了保持在調(diào)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩不變，亦需要維持磁通不變，這亦由頻率和電壓協(xié)調(diào)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，故稱為可變頻率可變電壓調(diào)速（ VVVF），簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速。為此，要在降頻的同時(shí)還要降壓。 頻率的下降會(huì)導(dǎo)致磁通的增加，造成磁路飽和，勵(lì)磁電流增加，功率因數(shù)下降，鐵心和線圈過(guò)熱。 2 變頻調(diào)速 變頻調(diào)速原理 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 可以表示為 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 10 216 0 (1 )fn s n np? ? ? ? ? ?……………………………………………………… () 式中， 2n 同步轉(zhuǎn)速 ， Δ 1n 轉(zhuǎn)差損失的轉(zhuǎn)速， p 為磁極對(duì)數(shù)， s 為轉(zhuǎn)差率， f 為電源的頻率。電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)矩 ，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體兩端被短路環(huán)短接，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向基本一致的感生電流。 異步電動(dòng)機(jī)原理 當(dāng)向三相 定子繞組 中通過(guò)入對(duì)稱的三相交流電時(shí)，就產(chǎn)生了一個(gè)以同步轉(zhuǎn)速 n1 沿 定子和轉(zhuǎn)子 內(nèi)圓空間作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線式電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用不如鼠籠式電動(dòng)機(jī)廣泛。鼠籠轉(zhuǎn)子分為：阻抗型轉(zhuǎn)子、單鼠 籠型轉(zhuǎn)子 、雙鼠籠型轉(zhuǎn)子、 深槽式轉(zhuǎn)子 幾種，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等特性各有不同。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型繞組。 構(gòu)造：分為 鼠籠式轉(zhuǎn)子 和繞線式轉(zhuǎn)子。一般小型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)子直徑在 300 到 400 毫米以上）的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。 三相異步電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造：所用材料與定子一樣，由 毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來(lái)安置轉(zhuǎn)子繞組。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座兩端端蓋開(kāi)有通風(fēng)孔，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對(duì)流，以利于散熱。 機(jī)座作用：固定定子鐵心與前后端蓋 以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用。 電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)的接線 ： 電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個(gè)線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號(hào)為 1（ U1）、 2（ V1）、 3（ W1），下排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號(hào)為 6（ W2）、 4（ U2）、 5（ V2），將三相繞組接成星形接法或三角形接法。 （ 2）相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。 定子繞組的主要絕緣項(xiàng)目有以下三種：（保證繞組的各導(dǎo)電部分與鐵心間的可靠絕 緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。 構(gòu)造：由三個(gè)在空間互隔 120176。 開(kāi)口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在 高壓電機(jī) 中。 半開(kāi)口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機(jī)。 定子鐵心槽型有以下幾種： 半閉口型槽：電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 定子（靜止部分） 定子的 作用：電機(jī) 磁路 的一部分，并在其上放置定子繞組。 作 電動(dòng)機(jī) 運(yùn)行 的三相異步電機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)是各類電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣、需要量最大的一種。 作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的異步電機(jī)。 1 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速 異步電動(dòng)機(jī)概述 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 6 異步 電動(dòng)機(jī) (asynchronous motor) 又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī) ,是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與 轉(zhuǎn)子 繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生 電磁轉(zhuǎn)矩 ,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種 交流電機(jī) 。上個(gè)世紀(jì)變壓器的出現(xiàn)使改變電壓變的很容易，從而造就了一個(gè)龐大的電力行業(yè)。 交流調(diào)速中最活躍、發(fā)展最快的就是變頻調(diào)速技術(shù)。不調(diào)速電動(dòng)機(jī)直接由電網(wǎng)供電，但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展這類原本不調(diào)速的機(jī)械越來(lái)越多地改用調(diào)速傳動(dòng)以節(jié)約電能，改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)量。變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速啟動(dòng)，制動(dòng)性能、高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果廣泛的適用范圍及其他許多優(yōu)點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為最有前途的調(diào)速方式。 近 10 年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)面臨著一場(chǎng)歷史革命，即交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制 技術(shù)已成為發(fā)展的趨勢(shì)。由于矢量控制方式所依據(jù)的是準(zhǔn)確的被控異步電動(dòng)機(jī)的 參數(shù)，有的通用變頻器在使用時(shí)需要準(zhǔn)確地輸入異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，有的通用變頻器需要使用速度傳感器和編碼器。矢量控制算法已被廣泛地應(yīng)用在 siemens， AB， GE， Fuji 等國(guó)際化大公司變頻器上。矢量控制方式又有基于轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制方式、無(wú)速度傳感器矢量控制方式和有速度傳感器的矢量控制方式等。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。仿真結(jié)果證明了該種新型建模方法的快速性和有效性。其基本思想是：將交流感應(yīng)電機(jī)控制系統(tǒng)的功能單元模塊化， MATLAB 中建立獨(dú)立的功能模塊：交流異步電機(jī)本體模塊、矢量控制模塊、速度控制模塊、轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊等，這些功能模塊進(jìn)行有機(jī)整合，即可搭建出交流異步電機(jī)系統(tǒng)的仿真模型。 矢量控制實(shí)現(xiàn)的基 本原理是通過(guò)測(cè)量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場(chǎng)定向原理分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，從早期提出的電壓源型變頻器開(kāi)始，相繼發(fā)展了電流源型，脈寬調(diào)制等各種變頻器。上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 1 摘 要 眾所周知， 交流異步電機(jī)因其 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、性能優(yōu)良、輸出轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)， 被廣泛的應(yīng)用 ，且隨著交流異步電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，既要考慮成本低廉、控制算法合理，又需兼顧控制性能好、開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)。 然而 變頻調(diào)速具有高效率、寬范圍和高精度等特點(diǎn)，是目前運(yùn)用最廣泛且最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。 本文在分析交流異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出 矢量控制 。 然后 借助于 MATLAB 仿真建模能力，提出了一種基于 MATLAB 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真模型的新方法?？刂葡到y(tǒng)中，速度環(huán)采用 PI 控制，方法簡(jiǎn)捷，效果 理想。 關(guān)鍵詞： 異步電動(dòng)機(jī) ， 矢量控制 ， 變頻調(diào)速 ， MATLAB 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析 2 Matlabbased Vector Control Frequency Control System Analysis ABSTRACT As is known to all, because of its simple structure, high reliability, good performance, output torque big wait for a characteristic, munication, and widely used asynchronous motor with ac induction motor is expanding, and the fields of application of motor control system design requirements more and more high, both must consider low cost, control algorithm and reasonable and need to juggle good control performance, short development cycle, etc. Therefore, how to establish an effective munication asynchronous motor control system simulation model bees the motor control algorithm design personnel urgent need to address the key problem. Based on the analysis of ac induction motor based on mathematical model, with the aid of MATLAB simulation modeling ability, strong in the function of using SIMULINK embedded ponents, proposed based on MATLAB/SIMULINK establish ac asynchronous motor control system simulation model of the new method. The basic idea is: will ac induction motor control system function module, MATLAB/SIMULINK unit in establishing the independent function module: ac induction motor ontology modules, vector control module, current hysteresis control module, speed control module, torque calculation module, 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 Matlab 的矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)分析