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正文內(nèi)容

異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制系統(tǒng)仿真研究畢業(yè)論文-在線瀏覽

2024-08-02 16:41本頁面
  

【正文】 級聯(lián)型多電平逆變器(Cascaded multilevel inverter)。當(dāng)逆變器電路需要輸出電壓較高時(shí),開關(guān)器件的耐壓不夠,這時(shí)可以對電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,以使得在當(dāng)前開關(guān)器件耐壓水平下,獲得更高的電壓輸出,二極管鉗位型三電平電路是最早提出的一種拓?fù)洹? ,主開關(guān)管S1和S4不能同時(shí)導(dǎo)通,且S1和SS2和S4的工作狀態(tài)恰好相反,即工作在互補(bǔ)狀態(tài),平均每個(gè)主開關(guān)管所承受的正向阻斷電壓為Ud/2。 二極管箝位式三電平逆變器的開關(guān)狀態(tài)和輸出電平為了分析逆變器的開關(guān)器件的換向過程,假設(shè)開關(guān)S3關(guān)斷,S1導(dǎo)通,開關(guān)狀態(tài)由O變?yōu)镻。與兩電平逆變器相似,在S1與S3之間需要換向時(shí)間。根據(jù)A相負(fù)載電流的方向,分兩種情況分析。假設(shè)(a)在感性負(fù)載下,換向過程中負(fù)載電流iA保持恒定。(c)所有的開關(guān)是理想開關(guān)。鉗位二極管VD1由于負(fù)載電流iA0導(dǎo)通。 在換向δ時(shí)刻,S3關(guān)斷,電流iA仍然保持,當(dāng)S3完全關(guān)斷后,S3,S4兩端的電壓Vs3=Vs4=E/2。負(fù)載電流由VD1上換到S1上。 當(dāng)iA0時(shí),(c)所示。鉗位二極管VD2由于負(fù)載電流iA0導(dǎo)通。 (a)開關(guān)信號 (b)當(dāng)iA0時(shí)換向過程 (c)當(dāng)iA0時(shí)換向過程 開關(guān)狀態(tài)從[O]到[P]的換向過程在換相δ時(shí)刻,S3關(guān)斷,電流iA通過二極管D1,D2續(xù)流,Vs1=Vs2=0。當(dāng)S3完全關(guān)斷后,S3,S4兩端的電壓Vs3=Vs4=E。負(fù)載電流仍然能通過二極管D1,D2流入直流側(cè)。同樣在開關(guān)狀態(tài)由[P]到[O],由[N]到[O],由[O]到[N],也能得出同樣的結(jié)論,因此在逆變器中不存在動態(tài)分壓問題。(b)開關(guān)損耗增加一倍。器件承受的關(guān)斷電壓就是直流回路電壓的一半,三電平拓?fù)涫沟孟嗤蛪核降拈_關(guān)器件,可以應(yīng)用于中高壓的大容量變頻器。2. 三電平輸出電壓電平數(shù)增多,各級電平間的幅值變化降低,低的dv/dt對外圍電路的干擾減小,對電機(jī)的沖擊小,在開關(guān)頻率附近的諧波幅值也小。在同樣的開關(guān)頻率下,開關(guān)損耗小,效率高,這正適應(yīng)高壓大容量逆變器由于開關(guān)損耗及器件性能的問題開關(guān)頻率不能太高的要求。但是二極管鉗位型三電平逆變器結(jié)構(gòu)也有它固有的不足:1. 需要鉗位二極管,對三電平來說,鉗位二極管承受反壓相同,但是對于更多電平電路來說,鉗位二極管承受反壓最高為(M2)/(M1),最低為1/(M1),其中M為電平數(shù)。每相橋臂越靠中間的管子開通時(shí)間越長,這樣同一橋臂上管子的額定電流也會有所不同。三、異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場定向控制(一)異步電機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型與坐標(biāo)變換異步電動機(jī)是一個(gè)多變量,強(qiáng)耦合系統(tǒng),它的數(shù)學(xué)模型由電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程組成[25]。轉(zhuǎn)子繞組折算到定子側(cè)的電壓方程 ()式中Ua、Ub、Uc為轉(zhuǎn)子相電壓,ia、ib、ic為轉(zhuǎn)子相電流,Rr為轉(zhuǎn)子電阻,Ψa、Ψb、Ψc為轉(zhuǎn)子磁鏈。磁鏈方程的矩陣形式 ()LAA、LBB、LCC為定子繞組的自感。互感磁通是穿過氣隙的磁通,漏感磁通是只與一相繞組交鏈的磁通。由于繞組的對稱性,各相的漏感相等。轉(zhuǎn)子電阻的自感為 ()Lmr為轉(zhuǎn)子互感,Llr為轉(zhuǎn)子漏感。 (3)轉(zhuǎn)矩方程 ,為了方便起見,可以將它寫成分塊的矩陣形式 ()其中 () () () ()根據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理。因此,上述電磁轉(zhuǎn)矩公式完全適合用于變壓變頻器供電的含有電流諧波的三相異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。直流電機(jī)的勵磁繞組和電樞繞組完全解耦,分析和控制都很簡單。(1)三相兩相坐標(biāo)變換 三相兩相變換為三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系間的變換。設(shè)三相繞組每相匝數(shù)為N3,兩相繞組每相匝數(shù)為N2,各相磁動勢為匝數(shù)和電流的乘積,磁動勢矢量在相應(yīng)的坐標(biāo)軸上。dq坐標(biāo)系以同步角速度ω1旋轉(zhuǎn)。αβ坐標(biāo)系上的兩相交流電流iα、iβ和dq坐標(biāo)系上的兩相直流電流id、iq產(chǎn)生相等的合成磁動勢Fs,它也以同步角速度ω1旋轉(zhuǎn)。由總磁動勢相等得到 ()即 ()所以兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣為 ()兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣為 ()(3)三相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換 由三相—兩相坐標(biāo)變換和兩相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換可以得到三兩—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的變換矩陣為 () 根據(jù)掌握的內(nèi)容可以知道,異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜,而坐標(biāo)變換的目的就是要簡化數(shù)學(xué)模型,異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型是建立在三相靜止坐標(biāo)系上的,如果把它變換到兩相坐標(biāo)系上,由于兩相坐標(biāo)系互相在垂直,兩相繞組之間沒有磁力的耦合,僅此一點(diǎn)就會使數(shù)學(xué)模型簡化很多。 ,三相靜止坐標(biāo)系(ABC坐標(biāo)系)和兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq坐標(biāo)系)?!獌上嘧鴺?biāo)變換和兩相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq坐標(biāo)系)上的數(shù)學(xué)模型[15]。(2)電壓方程 ()將磁鏈方程帶入電壓方程得到如下形式 ()電壓方程比三相靜止坐標(biāo)系上的電壓方程降低了維數(shù)。同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程為[16], ()磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程和兩相任意旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的方程是一樣的。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩由正交的勵磁電流產(chǎn)生的磁場和電樞電流產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生。由上一節(jié)可知異步電機(jī)通過坐標(biāo)變換等效成直流電機(jī),模仿直流電機(jī)的控制策略,得到直流電機(jī)的控制量,經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換控制異步電機(jī),就可以使交流調(diào)速系統(tǒng)和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。磁場定向控制方式分為定子磁場定向、氣隙磁場低定向和轉(zhuǎn)子磁場定向,本文采用的是轉(zhuǎn)子磁場定向的控制方式[18]。這樣的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就為按轉(zhuǎn)子磁場定向的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(MT坐標(biāo)系)。當(dāng)兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁場定向時(shí),有 ()由式()可知 ()將式()帶入式()中可得 ()將式()帶入式(),并用m、t代替d、q可得 ()在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中,同時(shí)鼠籠型電機(jī)轉(zhuǎn)子是短路的,所以式()變?yōu)? ()將是()帶入式()中的后兩個(gè)式子得到 ()式中, ——轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)將式()帶入式(),并用m、t代替d、q可得 ()由式()得到 ()式()和式()構(gòu)成了轉(zhuǎn)子磁場控制的基本方程。在保證ism不便的情況下,通過單獨(dú)控制ist可以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩的直接控制。轉(zhuǎn)子磁場定向大體上可分為間接磁場定向控制和直接磁場定向控制兩種方法。首先測得電機(jī)的三相定子電流,經(jīng)過三相—兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換并按轉(zhuǎn)子磁場定向,得到M、T坐標(biāo)系上的電流ism、ist。ωsl與電機(jī)轉(zhuǎn)速ωr相加得到同步角速度ω1,對ω1積分得到磁鏈轉(zhuǎn)角θ。 ()這種模型簡單,在整個(gè)速度范圍內(nèi)都可以使用,不足之處是觀測模型受電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)變化的影響。計(jì)算公式如下 ()這種模型和電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)沒有關(guān)系,解決了間接磁場定向控制方法的不足之處。但這種模型有它
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