【正文】 電壓 矢量開(kāi)關(guān)表得到 需要加 在異 步電 動(dòng)機(jī)上 的恰當(dāng)?shù)?電壓開(kāi) 關(guān)矢量， 最后通 過(guò)PWM逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)異步電 動(dòng)機(jī)的 控制。 構(gòu) 建的仿 真模型與 實(shí)際變 頻調(diào)速系統(tǒng) 比較 接近， 為高性能 的異步 電機(jī)變頻 調(diào)速控 制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與 調(diào)試提供了一種 較好 的 檢驗(yàn)手段 ，且 實(shí) 現(xiàn)簡(jiǎn)單， 便于修 改， 仿真 結(jié)果驗(yàn) 證了建模方法的 有效性 。在 運(yùn)動(dòng) 控制 系統(tǒng) 中， 直 接轉(zhuǎn) 矩控 制作 為一種新 型的 交流 調(diào)速 技術(shù) ，其 控制 思想 新穎 、控 制結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn)單 、控 制手 段直接、 轉(zhuǎn)矩 響應(yīng) 迅速 ，正 在運(yùn) 動(dòng)控 制領(lǐng) 域中 發(fā)揮 著巨 大 的作 用。 交流 電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展 近 20 年來(lái)隨著 電力電子 技術(shù) 、 計(jì) 算機(jī)技 術(shù)、自動(dòng)控 制技術(shù) 的迅速發(fā)展， 交流 電機(jī) 變頻 調(diào)速 已得 到了 越來(lái) 越廣 泛的 應(yīng)用 ， 并已 開(kāi)始 逐步 替代直流 調(diào)速 ，因 其許 多優(yōu) 點(diǎn)而 被公 認(rèn)為 最有 發(fā)展 前途 的 調(diào)速 方式 。 在變 頻調(diào) 速系 統(tǒng)出 現(xiàn)的 初期 ， 其控 制技 術(shù)是 采用 電壓 頻 率協(xié) 調(diào)控制（即 V/F 比為常數(shù) ）。 后來(lái) ，一 些研 究人 員提 出了 轉(zhuǎn) 差頻 率控 制方 法。 改善調(diào)速系 統(tǒng)動(dòng)態(tài) 性能的關(guān) 鍵在于 如何實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)矩控 制。這種 理論 的核 心是 將一 臺(tái)交 流電 機(jī)等 效為 直流 電機(jī) 來(lái) 控制 ，因 而獲 得了與直 流調(diào) 速系 統(tǒng)同 樣優(yōu) 良的 動(dòng)態(tài) 性能 。 80 年代 的中 期，德國(guó)的 DEPENBROCK 又提出了直接 轉(zhuǎn)矩控 制的理論，其思 路是 把交 流電 機(jī)與 逆變 器看 作一 個(gè)整 體對(duì) 待?？?制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 便于實(shí) 現(xiàn)全數(shù)字 化，已 有實(shí)際產(chǎn) 品用于 實(shí)際中。 近幾 年來(lái) ，人 工智 能技 術(shù) —— 如 專(zhuān) 家系 統(tǒng)、 模糊 邏輯 和人 工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，正在顯示 出其實(shí) 現(xiàn)變頻調(diào) 速的智 能化自適 應(yīng)控制 的巨大希 望所在 ，有研 究結(jié) 果表 明， 智能 控制 技術(shù) 的 有 效利 用， 可使 變 頻調(diào) 速系 統(tǒng)做 到高效、自適應(yīng)、 自診斷 、自保護(hù) 、動(dòng)態(tài) 性能優(yōu)良 。 直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展 自從 20 世紀(jì) 70 年代向量 控制技術(shù) 發(fā)展以 來(lái)，交流 拖動(dòng)技 術(shù)就從理論上 解決 了交 流調(diào) 速系 統(tǒng)在 靜、 動(dòng)態(tài) 性能 上與 直流 調(diào) 速系 統(tǒng)相 媲美 的問(wèn)題。 其思 路是 把異 步電 動(dòng)機(jī) 和逆 變器 看成 是一 個(gè)整 體 ，采 用電 壓向 量分析方 法直 接在 旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo) 系下 分析 和計(jì) 算電 動(dòng)機(jī) 的轉(zhuǎn) 矩 和磁 鏈， 通過(guò) 磁鏈 跟蹤得出 PWM 逆變器的開(kāi)關(guān) 狀態(tài)切 換的依據(jù) ， 從 而直接 控制電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)矩 。 由于 定子 磁鏈 的估 算 只與 相對(duì) 比較 容易測(cè)量 的定 子電 阻有 關(guān)， 所以 使得 磁鏈 的估 算更 容易 、 更精 確， 受電 動(dòng)機(jī)參數(shù) 變化 的影 響也 更小 。 因此，直 接轉(zhuǎn)矩 控制一問(wèn) 世便受 到廣泛關(guān) 注。 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(duì) 理論知 識(shí)的理解 ，也增 強(qiáng)了自身 的知識(shí) 應(yīng)用能力 。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè) 論文 3 第 2 章 異步電機(jī)的 數(shù)學(xué)模型 異步電機(jī)的物理模型 認(rèn)真 研究 異步 電動(dòng) 機(jī)的 動(dòng)態(tài) 數(shù) 學(xué)模 型， 是實(shí) 現(xiàn)高 性能 的 異步 電動(dòng)機(jī)直接 轉(zhuǎn)矩 控制 系統(tǒng) 的保 證。 在研究 異步電動(dòng) 機(jī)的動(dòng) 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(duì)稱(chēng) ，在 空 間上 互 差 23? 電角 度，所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì) 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(duì) 繞組電阻 的影響 ； 無(wú)論 異步 電動(dòng) 機(jī)的 轉(zhuǎn)子 是繞 線(xiàn) 型還 是鼠 籠型 ，都 將它 等 效成 三相繞線(xiàn) 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。圖中， 定子三相繞組軸線(xiàn) A,B,C 在空間是 固定的 ； 轉(zhuǎn)子三 相繞組軸線(xiàn) a， b， c 隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子 a 軸和 定子 A 軸間的電 角度 ? 為空間角位 移變量。 ABCuAuBuC?1?uaubucabc? 圖 21 三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型 直流 電動(dòng) 機(jī)的 數(shù)學(xué) 模型 比較 簡(jiǎn) 單， 其主 磁通 基本 上唯 一 地由 勵(lì)磁繞蘭州理工大學(xué)畢業(yè) 論文 4 組的 勵(lì)磁 電流 決定 ，這 是直 流電 動(dòng)機(jī) 的動(dòng) 態(tài)數(shù) 學(xué)模 型 及其 控制 系統(tǒng) 比較簡(jiǎn)單 的根 本原 因。坐標(biāo)變 換包括 三相 兩相變 換和兩相 兩相旋轉(zhuǎn) 變換。 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(dòng)機(jī)繞組物理模型 圖 22 等效的交流 電動(dòng)機(jī) 繞組和直 流電動(dòng) 機(jī)繞組物 理模型 以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁 動(dòng)勢(shì)為 原則， 圖 22 中的三種 物理模型 彼此 等 效。 異步電機(jī)三相原始數(shù)學(xué)模型 （ 1） 電壓方程 三相定子繞組 的電壓 平衡方程 為 ： 與此相應(yīng)，三 相轉(zhuǎn)子 繞組折算 到定子 側(cè)后的電 壓方程 為 ： 式中 : Au , Bu , Cu , au , bu , cu — 定子和轉(zhuǎn)子相 電壓的 瞬時(shí)值； Ai , Bi , Ci , ai , bi , ci — 定子和轉(zhuǎn) 子相電 流的瞬 時(shí)值 。 上 述 各 量 都 已 折 算 到 定 子 側(cè) ， 為 了 簡(jiǎn) 單 起 見(jiàn) ， 表 示 折 算 的 上 角 標(biāo)“ ’ ” 均省略，以 下同此。 實(shí)際 上， 與電 機(jī)繞 組交 鏈的 磁 通主 要只 有兩 類(lèi)： 一類(lèi) 是 穿過(guò) 氣隙的相間 互感 磁通 ，另 一類(lèi) 是只 與一 相繞 組交 鏈而 不穿 過(guò) 氣隙 的漏 磁通 ，前者是 主要 的 。 對(duì)于每一相 繞組來(lái) 說(shuō)，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(duì)應(yīng) 的電 感，由 于繞 組的對(duì)稱(chēng)性，各相 漏感值 均相等； ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????cbaCBAcbaCBArrrssscbaCBA000000000000000000000000000000??????piiiiiiRRRRRRuuuuuuΨRiu p???????????????????????????????????????????????????????????????cbaCBAcCcbcacCcBcAbcbbbabCbBbAacabaaaCaBaACcCbCaCCCBCABcBbBaBCBBBAAcAbAaACABAAcbaCBAiiiiiiLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL??????LiΨ?smsCCBBAA lLLLLL ????rmsccbbaa lLLLLL ????蘭州理工大學(xué)畢業(yè) 論文 7 轉(zhuǎn)子漏感 1rL —— 轉(zhuǎn)子各相漏 磁通所 對(duì)應(yīng)的電 感 ； 兩相繞組之間 只有互 感。 三相繞組 軸線(xiàn)彼 此在空間 的相位 差是177。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(xiàn)一 致 時(shí)， 兩者 之間 的互 感值 最 大， 就是每相最大互感 msL 。 。 。 。mm ???mmW??? 39。m on s tm39。 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù) 載， 0, 0DK? ? ? ，則 (221) 異步電動(dòng)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(duì) 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 s d S S d q s m d q s m s ds q d q s s S S d q s m m s qr d m d q r m r r d q r r r dr q d q r m m d q r r r r r qU 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(duì)于 定子、轉(zhuǎn) 子的角 轉(zhuǎn)速 ； sdi , sqi , rdi , rqi , SL , mL , rL 同上 。 (4)運(yùn)動(dòng)方程 eL pJdTT n dt??? (225) LT —— 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ； ? —— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速； J—— 電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量； eT , pn —— 同上 以 上 構(gòu) 成 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 在 兩 相 以 任 意 轉(zhuǎn) 速 旋 轉(zhuǎn) 的 坐 標(biāo) 系 上 的 數(shù) 學(xué) 模型。 異步電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 異步電動(dòng)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。數(shù)學(xué) 模型由以 下方程 表述 (