关于异步电动机变频调速系统的仿真研究

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1、关于异步电动机变频调速系统的仿真研究电力传动是工业控制领域中的一个重要内容，它利用电动机将电能转变为机械能，从而满足工农业生产以及F1常牛•活中的各种要求。随著社会生产的不断发展，采用高水平的电动机调速系统是现代自动控制系统及其它驱动系统得以实现的关键Z—。近年来，随着电力电子技术、现代控制理论和计算机技术的迅速发展，交流调速系统正广泛应用于工业牛•产的各个领域，为了满足高性能的传动需要，必须对速度进行精确控制，矢量控制变频调速为满足这一要求而产生的。1971年德国学者提出交流电动机的磁场定向控制原理，利用坐标变换将交流电动机等效为直流电动机，实现定

2、了电流励磁分量和转矩分量的解耦，从而达到対转矩和磁链的分别控制的目的。为了更好地了解矢量控制系统的调速性能，1异步电动机的数学模型-&JIL)po)%W0L$Rsyp00-叽000<0一弘0丿开步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的系统，虽然可以通过朋标变换进行适当简化，但并不能改变其非线性、多变量的木质。因此要实现高动态调速性能的控制方案，必须基于异步电机的动态模型。根据异步电动机三相静止坐标系和两相静止坐标系之间的变换，两相静止坐标系和旋转坐标系的变换，可以推导出界步电机在d、g坐标系上的数学模型，这个模型只规定了dg轴相互垂直关系以

3、及定了频率同步的旋转速度，但未规定坐标系与电机旋转磁场的相对位置。如果取d轴与转了磁链欠虽0.重合，即得到按转子磁场定向的旋转处标系。因为q轴与转子磁链矢量0,•垂直，因此转子磁链矢量0在q轴分量为零，得到按转了磁场定向的异步电机的电压方程⑴为：1网其中，吗为转子磁链的旋转速度，W”为转差角频率。如02矢量控制的基本原理电机调速的关键是控制转速，转速是通过转矩來改变的。直流电机Z所以冇良好的调速性能，就是因为它的转矩容易控制。而影响交流电机转矩的因素很多，因此交流电机转矩控制变得比较麻烦。矢量控制原理的棊本出发点是以转子磁通这一旋转的空间欠量为参考处

4、标，利用静•止处标到旋转处标Z间的变换，把定子电流的励磁分量和转矩分量分离开来，分别进行控制，这样得来的电机模型就可以等效为一台直流电动机，因此对以像控制直流电动机那样对转速和磁通进行快速的控制。矢量控制不仅能对幅值进行控制还能对相角进行控制，具冇良好的动态调速性能，完全具备直流电动机的全部优点⑵。3异步电机的矢量控制结构框图调速系统采用速度和电流双闭环控制，通过电流互感器检测到逆变器的输出电流＜;、几，把采集到的电流经过三相/二相变换得到在仅、0轴上b、0，再把Q、0轴上的参数经过旋转坐标变换得到d、q轴上的同步参数b、爲,把得到的在同步朋标下的参

5、数匚、匚和采样到的电机转速川送到电流模型中对转子磁通初始位證进行计算。通过这个磁通观测器得岀矢量控制所需的转子磁通位宣角。通过采样到的转速和给定转速nref比较得到旋转坐标系q轴的电流分量给定值口时，给定转速乃阿经过滞环比较限幅得到旋转坐标d轴分量给定值匚阳，匚灯、‘皿“经PI调节器得到％/时、,二者经过旋转坐标与两相静止坐标的变换得到两相静止坐标下作为SVPWM调制的空间矢量电压实时参考值儿如厂畑，送到SVPWM模块产生相应的六个PWM脉冲信号控制电机来响应给定的转速值。按转子磁场定向控制我们可以得到一下方程⑶：（1）磁链方程（2）转矩方程整个矢量

6、控制调速系统的结构框图如下:4异步电机矢量控制系统仿真模型的搭建图2所示是在Matlab/Simulink环境下建立的按转了磁场定向控制调速系统的模型。木系统主要有七个子系统构成，现给出每个子系统的的介绍⑷。（1）/calculate子模块其作用是计算定子电流在d、g坐标系的d轴分最的给定值厂。（2）abc/dq了模块其作用是从定了侧检测到的三相静止电流经过坐标变换示得到在旋转坐标下的值i・d、S（3）7；*calculate子模块其作用是通过给定转速和实际得到的转速经过PI调节得到转矩的给定量7；*。（4）Fluxcalculator^模块英作用是

7、根据旋转处标变换得到的定子电流和实际得到的转速來计算转子磁链的幅值Flux和相角Teta。(5)转矩调节器和电流调节器其作用是通过对转矩的误差利电流的误差调节得到两相旋转电压®、叫。(6)dq/Q0坐标变换子模块其作用是得到两相静止电压作为SVPWM调制空间欠虽信号的给定值。(7)SVPWM调制子模块其作用是得到SVPWM输出时序满足电机调速的要求。图2异步电动机矢量控制调速系统的仿真模型Fig.2thesimulationmodelofAsynchronousmotorvectorcontrolspeedsystem5异步电动机矢量控制调速系统的仿

8、真研究木文对此系统分别进行调速仿真性能及突加负载、突减负载仿真进行分析研究。异步电动机的有关参数如下：4KW