文档介绍：摘要
异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质,要获得良好的调速性能,必须从其动态模型出发,分析异步电动机的转矩和磁链控制规律,研究高性能异步电动机的调速方案。矢量控制就是基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统的控制方案之一。所谓矢量控制,就是通过矢量变换和按转子磁链定向,得到等效直流电动机模型,在按转子磁链定向坐标系中,用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量,以实施控制。
本次能力强化训练根据异步电动机矢量控制的基本原理,基于Matlab 软件构造了按转子磁场定向的矢量控制系统的仿真模型。通过Simulink仿真试验验证了模型的正确性,结果表明所建立的调速系统具有良好的动态性能,实现了系统的解耦控制。
关键词:异步电动机解耦矢量控制 Simulink仿真
目录
1 交流变频调速基本原理 1
1
2
变压变频协调控制 4
基频以下调速 4
基频以上调速 7
脉冲宽度调制(PWM)技术 7
2异步电动机矢量控制原理 8
8
9
空间矢量的坐标变换 9
三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换(简称3s/2s 变换) 9
两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换(简称2s/2r 变换) 10
三相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换 10
间接矢量控制系统 11
3 Simulink仿真及分析 12
Simulink仿真图 12
仿真波形及分析 13
4 心得体会 15
参考文献 16
交流电机矢量控制技术研究与仿真
1 交流变频调速基本原理

图1-1 异步电动机旋转原理图
异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生的。
首先磁场以n 0转速顺时针旋转,转子绕组切割磁力线,产生转子电流,随后通电的转子绕组相对磁场运动,产生电磁力,最后电磁力使转子绕组以转速n旋转,方向与磁场旋转方向相同
1)旋转磁场的产生
旋转磁场实际上是三个交变磁场合成的结果。这三个交变磁场应满足:
a)在空间位置上互差2π/3 rad电度角。这一点,由定子三相绕组的布置来保证
b)在时间上互差2π/3 rad相位角(或1/3周期)。这一点,由通入的三相交变电流来保证
2)电动机转速
产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此,转子的转速n必须低于定子磁场的转速n 0,两者之差称为转差:
Δn=n 0-n (1-1)
转差与定子磁场转速(常称为同步转速)之比,称为转差率:
s=Δn / n 0 (1-2)
同步转速n 0由下式决定:
n 0=60 f / p (1-3)
式中,f为输入电流的频率,p为旋转磁场的极对数。
由此可得转子的转速
n=60 f(1-s)/ p (1-4)

当极对数p不变时,电动机转子转速与定子电源频率成正比,因此,连续的改变供电电源的频率,就可以连续平滑的调节电动机的转速。
异步电动机变频调速具有调速范围广、调速平滑性能好、机械特性较硬的优点,可以方便的实现恒转矩或恒功率调速,整个调速特性与直流电动机调压调速和弱磁调速十分相似,并可与直流调速相比美。
1)变频器与逆变器、斩波器
变频调速是以变频器向交流电动机供电,并构成开环或闭环系统。变频器是把固定电压、固定频率的交流电变换为可调电压、可调频率的交流电的变换器,是异步电动机变频调速的控制装置。逆变器是将固定直流电压变换成固定的或可调的交流电压的装置(DC-AC变换)。将固定直流电压变换成可调的直流电压的装置称为斩波器(DC-DC变换)。
2)变压变频调速(VVVF)
在进行电机调速时,通常要考虑的一个重要因素是,希望保持电机中每极磁通量为额定值,并保持不变。
如果磁通太弱,即电机出现欠励磁,将会影响电机的输出转矩,由
TM=KT F M I 2 COS j 2 (1-5)
(式中 TM :电磁转矩,F M :主磁通,I 2 :转子电流,COS j 2 :转子回路功率因素,KT :比例系数),可知,电机磁通的减小,势必造成电机电磁转矩的减小。
由于电机设计时,电机的磁通常处于接近饱和值,如果进一步增大磁通,将使电机铁心出现饱和,从而导致电机中流过很大的励磁电流,增加电机的铜损耗和铁损耗,严重时会因绕组过热而损坏电机。
因此,在改变电机频率时,应对电机的电压进行协调控制,以维持电机磁通的恒定。为此,用于交流电气传动中的变频器实际上是变压(Var