交流調(diào)速系統(tǒng)的仿真畢業(yè)論文

1、<p>　　基于Matlab/SimPowerSystem的</p><p><b>　　交流調(diào)速系統(tǒng)的仿真</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自20世紀(jì)80年代以來，交流調(diào)速發(fā)展很快，交流電機(jī)具有維護(hù)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等特點(diǎn)，隨著電力電子交流調(diào)壓、變頻和控制技術(shù)的日

2、趨成熟，交流調(diào)速在應(yīng)用中越來越普遍。本文主要通過MATLAB/SimPowerSystem仿真研究交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的性能和控制問題。</p><p>　　關(guān)鍵詞：軟起動(dòng) 開環(huán)VVVF控制 恒壓頻比控制 轉(zhuǎn)差頻率控制 矢量控制 坐標(biāo)變換</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　

3、摘 要2</b></p><p><b>　　一 緒論4</b></p><p>　　1.1 選題背景4</p><p>　　1.2 選題的預(yù)期目標(biāo)4</p><p>　　1.3 軟件簡(jiǎn)介4</p><p>　　二 交流電動(dòng)機(jī)減壓軟起動(dòng)系統(tǒng)仿真6</p>

4、<p><b>　　2.1 概述6</b></p><p><b>　　2.2 原理7</b></p><p>　　2.3 仿真模型的建立7</p><p>　　2.4 主要模塊介紹8</p><p>　　2.5 仿真波形的分析10</p><p>　　

5、2.6 本章小結(jié)13</p><p>　　三 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真14</p><p><b>　　3.1 概述14</b></p><p><b>　　3.2 原理14</b></p><p>　　3.3 仿真模型的建立16</p><p&

6、gt;　　3.4 主要模塊介紹18</p><p>　　3.5 仿真波形的分析20</p><p>　　3.6 本章小結(jié)22</p><p>　　四 轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真23</p><p><b>　　4.1 概述23</b></p><p><b>　　

7、4.2 原理23</b></p><p>　　4.3 矢量控制中的坐標(biāo)變換23</p><p>　　4.4 仿真模型的建立26</p><p>　　4.5 主要模塊介紹27</p><p>　　4.6 仿真波形的分析27</p><p>　　4.7 本章小結(jié)31</p><p

8、>　　五 總結(jié)與展望32</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　一 緒論</b></p><p><b>　　1.1 選題背景</b></p&g

9、t;<p>　　在20世紀(jì)上半葉，鑒于直流拖動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速拖動(dòng)都采用直流電動(dòng)機(jī)，而約占電力拖動(dòng)總?cè)萘?0%以上的不變速拖動(dòng)系統(tǒng)則采用交流電動(dòng)機(jī)，這種分工在一段時(shí)間內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。直到20世紀(jì)60~70年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。自20世紀(jì)80年代以來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，交流電機(jī)具有維護(hù)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕等特點(diǎn)

10、，隨著電力電子交流調(diào)壓、變頻和控制技術(shù)的日趨成熟，交流調(diào)速系統(tǒng)在應(yīng)用中越來越普遍。目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步替代直流調(diào)速的時(shí)代。電力電子器件的發(fā)展更為交流調(diào)速系統(tǒng)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。</p><p>　　電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的仿真也越來越受到業(yè)內(nèi)各方面人士的關(guān)注，它不僅是教學(xué)和學(xué)習(xí)的重要手段和工具，在研究及工程設(shè)計(jì)中也發(fā)揮了越來越重要的作用。用仿真來代替實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，在計(jì)算機(jī)上研究和設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這不僅省時(shí)、省力，

11、降低成本和縮短研發(fā)周期，并且還可以獲得更豐富、詳細(xì)的數(shù)據(jù)資料。本選題正是在這樣的背景下產(chǎn)生的，運(yùn)用Matlab/Simulink的基本命令和模塊在計(jì)算機(jī)上建立模型，對(duì)各種交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。</p><p>　　1.2 選題的預(yù)期目標(biāo)</p><p>　　通過對(duì)本選題的深入研究，掌握Matlab/Simulink的基本命令和模塊，并應(yīng)用到交流調(diào)速系統(tǒng)的仿真研究中。借由Matlab仿真

12、，對(duì)交流軟起動(dòng)器、開環(huán)VVVF控制系統(tǒng)和交流矢量控制系統(tǒng)分別進(jìn)行研究和比較，并驗(yàn)證交流調(diào)速系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法的正確性和有效性。</p><p><b>　　1.3 軟件簡(jiǎn)介</b></p><p>　　MATLAB是Matrix Laboratory（矩陣實(shí)驗(yàn)室）的縮寫，它是一種科學(xué)的計(jì)算軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境

13、。由于它使用方便、輸入便捷、運(yùn)算高效、適應(yīng)科技人員的思維方式，并且有繪圖功能，使之成為廣泛使用的軟件。</p><p>　　Simulink出現(xiàn)于1993年，在MATLAB 中Simulink是一個(gè)比較特別的工具箱，這是一種基于框圖的仿真平臺(tái)，Simulink 掛接在MATLAB環(huán)境上，以MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算功能為基礎(chǔ)，以直觀的模塊框圖進(jìn)行仿真和計(jì)算。Simulink提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴(kuò)展的、內(nèi)容

14、豐富的模塊庫(kù)，為系統(tǒng)的仿真提供了極大地便利。在Simulink平臺(tái)上，拖拉和連接典型模塊就可以繪制仿真對(duì)象的模型框圖，并對(duì)模型進(jìn)行仿真。</p><p>　　Simulink是一個(gè)用來對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它有兩個(gè)明顯的功能：仿真與連接。即用戶只要根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型和一些具體的模擬要求，從模塊庫(kù)中拖放合適的模塊組合在一起，只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的

15、，通過對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型，進(jìn)行仿真與分析。仿真分析是解決矢量控制、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)等復(fù)雜性問題的有力手。這些使得MATLAB成為世界范圍內(nèi)被科學(xué)工作者、工程技術(shù)人員和高等學(xué)校廣大師生廣泛采用的仿真工具。</p><p>　　現(xiàn)在，對(duì)各類電氣傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真研究成為熱點(diǎn)，幾乎所有電機(jī)調(diào)速控制的高品質(zhì)控制均離不開系統(tǒng)仿真研究。通過仿真研究可以對(duì)照比較各種策略與方案，

16、優(yōu)化并確定相關(guān)參數(shù)，特別是對(duì)于新型控制策略與算法的研究，進(jìn)行系統(tǒng)仿真更是不可缺少的。</p><p>　　二 交流電動(dòng)機(jī)減壓軟起動(dòng)系統(tǒng)仿真</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　三相交流異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的電氣設(shè)備。常用的三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，而且性能良好，運(yùn)行可靠。但它直接起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流沖擊

17、和轉(zhuǎn)矩沖擊會(huì)對(duì)電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)本身及其負(fù)載機(jī)械設(shè)備帶來不利影響。對(duì)于小容量電動(dòng)機(jī)，只要供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器的容量足夠大，而供電線路并不太長(zhǎng)，可以直接通電，操作很簡(jiǎn)便。對(duì)于容量較大的電動(dòng)機(jī)，這些危害就尤為嚴(yán)重。</p><p>　　中、大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流大，會(huì)使電網(wǎng)壓降過大，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至使該電動(dòng)機(jī)本身根本起動(dòng)不起來。這時(shí)，必須采取措施來降低其起動(dòng)電流，常用的辦法是降壓起動(dòng)。</p>&

18、lt;p>　　當(dāng)電壓降低時(shí)，起動(dòng)電流將隨電壓成正比地降低，從而可以避開起動(dòng)電流沖擊的高峰。但是，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減小將比起動(dòng)電流的降低更快，降壓起動(dòng)時(shí)又會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩夠不夠的問題。因此，降壓起動(dòng)只適用于中、大容量電動(dòng)機(jī)空載（或輕載）起動(dòng)的場(chǎng)合。傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方法有：星-三角(）起動(dòng)、定子串電阻或電抗起動(dòng)、自耦變壓器（又稱起動(dòng)補(bǔ)償器）降壓起動(dòng)等。這些傳統(tǒng)起動(dòng)器價(jià)格低廉，通過降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓來建設(shè)起動(dòng)電流，它

19、們都是一級(jí)降壓起動(dòng)，起動(dòng)過程中電流有兩次沖擊，其幅值都比直接起動(dòng)電流低，而起動(dòng)過程時(shí)間略長(zhǎng)，如圖1所示。</p><p>　　圖2-1 異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程與電流沖擊</p><p>　?。╝-直接起動(dòng) b-一級(jí)降壓起動(dòng) c-軟啟動(dòng)器）</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，一種稱為軟起動(dòng)器（或固態(tài)軟起動(dòng)器）的新型起動(dòng)設(shè)備正在工業(yè)中推廣應(yīng)用。這種軟起動(dòng)器使電動(dòng)

20、機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，并且具有電動(dòng)機(jī)過載、缺相等保護(hù)功能，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)輕載節(jié)能運(yùn)行。同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟停車、軟制動(dòng)。與傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備相比，軟起動(dòng)器具有更好的起動(dòng)控制性能及保護(hù)性能。</p><p>　　現(xiàn)代軟起動(dòng)器主要有變頻調(diào)速及晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)器兩種軟起動(dòng)器方案。其中，變頻器調(diào)速軟起動(dòng)器價(jià)格昂貴，常用于控制要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的中壓電動(dòng)機(jī)。晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)器的價(jià)格略高于自耦變壓器起動(dòng)器和起動(dòng)器，系統(tǒng)工作時(shí)對(duì)電

21、網(wǎng)無過大沖擊，可大大降低系統(tǒng)的配電容量，機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)小，起動(dòng)、停車平滑穩(wěn)定，可提高電動(dòng)機(jī)的使用壽命和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p><b>　　2.2 原理</b></p><p>　　現(xiàn)代帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自動(dòng)衰減下來（見圖1中曲線c），起動(dòng)時(shí)間也短于一級(jí)降壓起動(dòng)。主電路采用晶閘管交流調(diào)壓器，通過改變導(dǎo)通角連續(xù)

22、地改變其輸出電壓來保證恒流起動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長(zhǎng)期工作。視起動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小，起動(dòng)電流可在之間調(diào)整，以獲得最佳的起動(dòng)效果，但無論如何調(diào)整都不宜于滿載起動(dòng)。負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，可在起動(dòng)時(shí)突加短時(shí)的脈沖電流，以縮短起動(dòng)時(shí)間。軟起動(dòng)的功能同樣也可以用于制動(dòng)，用以實(shí)現(xiàn)軟停車。</p><p>　　交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的原理如圖2所示，軟起動(dòng)電路由三相晶閘管調(diào)壓電路和軟起動(dòng)

23、控制器（給定積分器）、觸發(fā)器等組成，起動(dòng)時(shí)通過控制器使晶閘管控制角從大到小變化，而電動(dòng)機(jī)電壓從小到大逐漸上升。</p><p>　　圖2-2 交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器原理圖</p><p>　　2.3 仿真模型的建立</p><p>　　根據(jù)圖2-2所示的原理圖建立Simulink仿真模型如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 交流異步

24、電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的仿真模型</p><p>　　仿真模型參數(shù)具體如下：</p><p>　　1）三相電源：電壓，頻率</p><p><b>　　2）交流電機(jī)參數(shù)：</b></p><p>　　容量，電壓，頻率，定子繞組電阻，定子繞組漏感，轉(zhuǎn)子繞組電阻，轉(zhuǎn)子繞組漏感，互感，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，摩擦系數(shù)，極對(duì)數(shù)</p>

25、<p>　　3）給定積分器GI參數(shù)：放大器，限幅器限幅值</p><p>　　4）負(fù)載設(shè)定為6，加載時(shí)間為0.5s。</p><p>　　仿真算法采用Ode15s，相對(duì)誤差為1e-3。通過仿真可以研究軟起動(dòng)器的控制曲線、電流限制效果和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的情況。</p><p>　　2.4 主要模塊介紹</p><p>　　起動(dòng)器觸發(fā)器子模塊

26、系統(tǒng)</p><p>　　圖2-3中的pulse起動(dòng)器觸發(fā)器模塊如圖2-4所示，Relay模塊為類似于施密特特性的具有繼電器特性的延時(shí)系統(tǒng)；Rate Limiter為速率限制器，用來限制當(dāng)輸入信號(hào)逐漸上升或者逐漸下降時(shí)的增加或減少的速率。電路的輸入ut是同步電壓輸入端，同步電壓經(jīng)延遲（Relay）環(huán)節(jié)產(chǎn)生與同步電壓正半周等寬的方波，該方波經(jīng)斜率設(shè)定（Rate Limiter）產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波與移相控制電壓（輸入

27、端uc）疊加，調(diào)節(jié)鋸齒波的過零點(diǎn)，再經(jīng)延遲（Relay1），產(chǎn)生前沿可調(diào)、后沿固定的晶閘管觸發(fā)脈沖輸出。</p><p>　　圖2-4 起動(dòng)器觸發(fā)器子模塊系統(tǒng)（其中Relay和Relay2模塊參數(shù)中Output when on:10，其余為默認(rèn)值；Relay1和Relay3模塊參數(shù)中Output when on:1，其余為默認(rèn)值。Rate Limiter和Rate Limiter1模塊參數(shù)中Rising slew

28、 rate:1000，F(xiàn)alling slew rate:-1e8）</p><p>　　雙向晶閘管子模塊系統(tǒng)</p><p>　　圖2-3中直接驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)的雙向晶閘管系統(tǒng)VT如圖2-5所示。VT系統(tǒng)主要由兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管組成，分支電路的T1和T2端分別是晶閘管雙向開關(guān)的輸入和輸出端，gate是晶閘管的觸發(fā)端，m端用于觀測(cè)晶閘管兩端的電壓和電流。通過改變門極的給定觸發(fā)脈沖信號(hào)，從而在輸

29、出端T2處輸出不同的驅(qū)動(dòng)電壓，主要起調(diào)壓的作用。</p><p>　　圖2-5 雙向晶閘管子模塊系統(tǒng)（其中Ron：0.001，H：0，Vf：0.8，Rs：500）</p><p><b>　　控制部分</b></p><p>　　仿真模型的控制部分由step、GI和Fcn三個(gè)模塊組成，其中step給出階躍起動(dòng)信號(hào)，GI模塊用于設(shè)定起動(dòng)曲線，函數(shù)

30、Fcn用于使控制信號(hào)與觸發(fā)器輸入信號(hào)要求相匹配。</p><p>　　圖2-3中給定積分器GI模塊如圖2-6所示，其中放大器（Gain）的作用是使積分時(shí)間常數(shù)不受放大器輸入偏差大小的影響，所以放大倍數(shù)可以取大一些。限幅器（Saturaction）用于設(shè)定積分時(shí)間常數(shù)，調(diào)節(jié)限幅器的上下限可以調(diào)節(jié)給定積分器輸出曲線的上升斜率。</p><p>　　圖2-6 給定積分器GI子模塊系統(tǒng)</p

31、><p>　　晶閘管三相調(diào)壓器給電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，晶閘管控制角的移相范圍受一定限制，當(dāng)控制角較大時(shí)，調(diào)壓器輸出電壓過低，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩太小，電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)；當(dāng)控制角小于電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)角時(shí)，調(diào)壓器失去調(diào)壓作用，調(diào)壓器輸出全電壓；調(diào)壓器觸發(fā)模塊移相控制電壓與控制角的關(guān)系如圖2-7所示。故在控制環(huán)節(jié)中設(shè)置了函數(shù)匹配環(huán)節(jié)（Fcn），匹配關(guān)系為</p><p>　　式中，6.5為能使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的最小控制電壓

32、，為給定積分器輸出。</p><p><b>　　圖2-7 移相特性</b></p><p>　　2.5 仿真波形的分析</p><p>　　根據(jù)建立的仿真模型和設(shè)置的仿真參數(shù)得到交流電動(dòng)機(jī)減壓軟起動(dòng)的仿真波形如下：</p><p>　　圖2-8 軟起動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化過程</p><p>　　圖2

33、-9 軟起動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化過程</p><p>　　圖2-10 軟起動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流（瞬時(shí)值）</p><p>　　為了驗(yàn)證交流電動(dòng)機(jī)減壓軟起動(dòng)所具有的優(yōu)勢(shì)，特建立了全電壓起動(dòng)的仿真模型如圖2-11所示，以作比較。</p><p>　　圖2-11 全電壓起動(dòng)的仿真模型</p><p>　　根據(jù)建立的仿真模型和設(shè)置的仿真參數(shù)得到全電壓起動(dòng)的仿真波形

34、如下：</p><p>　　圖2-12 全電壓起動(dòng)的轉(zhuǎn)度變化過程</p><p>　　圖2-13 全電壓起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩變化過程</p><p>　　圖2-14 全電壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)電流（瞬時(shí)值）</p><p>　　比較軟起動(dòng)圖和全壓起動(dòng)圖可以看出，采用軟起動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流顯著減小，全電壓起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流峰值可以達(dá)到170A，而軟起動(dòng)方式限制起

35、動(dòng)電流峰值在45A左右，全電壓起動(dòng)的起動(dòng)時(shí)間短，軟起動(dòng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間要長(zhǎng)，但是起動(dòng)過程更平穩(wěn)。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是體現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能最重要的兩個(gè)因素。因此在電機(jī)的起動(dòng)過程中，如何降低起動(dòng)電流，減少?zèng)_擊是電機(jī)起動(dòng)控制的關(guān)鍵。電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器以大功率雙向晶閘管構(gòu)成交流調(diào)壓電路，通過控制晶閘管

36、的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓，很方便的實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的無觸點(diǎn)降壓軟起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流顯著減小。從仿真的結(jié)果也可以看出，軟起動(dòng)器可以從本質(zhì)上解決傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備存在的一些固有的缺點(diǎn)，具有傳統(tǒng)起動(dòng)方法無法比擬的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　三 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)仿真</p><p><b>　　3.1 概述</b></p>&

37、lt;p>　　異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法種類繁多，常見的有：（1）降電壓調(diào)速；（2）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；（3）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；（4）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速和雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速；（5）變極對(duì)數(shù)調(diào)速；（6）變壓變頻調(diào)速等。按照交流異步電動(dòng)機(jī)的基本原理可以把異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分為三類：第一類是轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)，這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能在轉(zhuǎn)子回路中消耗掉。晶閘管調(diào)壓調(diào)速屬于這一類。在三類異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類系

38、統(tǒng)的效率最低，是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗為代價(jià)來?yè)Q取轉(zhuǎn)速的降低（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)）。但是這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，對(duì)于要求不高的小容量場(chǎng)合還有一定的應(yīng)用。第二類是轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差功率的一部分消耗掉，而大部分則在轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流裝置回饋電網(wǎng)或者轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用，轉(zhuǎn)速越低能回饋的功率也越多。繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速和雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速屬于這一類。這類調(diào)速系統(tǒng)的效率顯然比第一類高。第三類是轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速功率中轉(zhuǎn)子銅耗部

39、分是不可避免的，但在這類系統(tǒng)中無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的消耗基本不變，因此效率很高。變極對(duì)數(shù)調(diào)速和變壓變頻調(diào)速都屬于此類。但是變極對(duì)數(shù)是有極調(diào)</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱為變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范圍寬，無論是高速還是低速時(shí)效率都較高，在采用一定的技術(shù)措施后能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能，可與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美。因此現(xiàn)在應(yīng)用面很廣。</p><p&g

40、t;　　轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制是交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速最基本的控制方式，一般變頻調(diào)速裝置都帶有這項(xiàng)功能，恒壓頻比的轉(zhuǎn)速開環(huán)工作方式能滿足大多數(shù)場(chǎng)合交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的要求，并且使用方便，是通用變頻器的基本模式。</p><p><b>　　3.2 原理</b></p><p>　　在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素，就是希望保持電動(dòng)機(jī)中每極磁通量為額定值不變。如果磁

41、通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。在交流異步電動(dòng)機(jī)中，磁通由定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)合成，要保持磁通恒定就要費(fèi)一些周折了。</p><p>　　交流異步電機(jī)的定子繞組的每相電動(dòng)勢(shì)的有效值為</p><p><b>　?。ㄊ?-1）</b></p><p>

42、　　式中——?dú)庀洞磐ㄔ诙ㄗ用肯嘀懈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值（V）；</p><p>　　——定子頻率（Hz）；</p><p>　　——定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；</p><p>　　——定子基波繞組系數(shù)；</p><p>　　——每級(jí)氣隙磁通量（Wb）。</p><p>　　由式（3-1）可知，只要控制好和，便可達(dá)到控制磁通的目

43、的。對(duì)此，需要考慮基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況。在基頻以下，磁通恒定時(shí)轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速”性質(zhì)，而在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，基本上屬于“恒功率調(diào)速”。</p><p>　　基頻以下，要保持不變，當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低，使</p><p>　　即采用電動(dòng)勢(shì)頻率比為恒值的控制方式。</p><p>　　然而，繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是

44、難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓，則得</p><p>　　這是恒壓頻比的控制方式。</p><p>　　低頻時(shí)，和都較小，定子漏磁阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不能忽略。這時(shí)，可以人為地把電壓抬高一些，以便近似地補(bǔ)償定子壓降，如圖所示。</p><p>　　圖 恒壓頻比控制特性</p><p&g

45、t;　　a-無補(bǔ)償 b-帶定子壓降補(bǔ)償</p><p>　　恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，系統(tǒng)由升降速時(shí)間設(shè)定、曲線、SPWM調(diào)制和驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。其中升降速時(shí)間設(shè)定用來限制電動(dòng)機(jī)的升頻速度，避免轉(zhuǎn)速上升過快而造成電流和轉(zhuǎn)矩的沖擊，相當(dāng)于軟起動(dòng)控制的作用。曲線用于根據(jù)頻率確定相應(yīng)的電壓，以保持壓頻比不變（=常數(shù)），并在低頻時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾妷貉a(bǔ)償。SPWM和驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)將根據(jù)頻率和電壓要求產(chǎn)生按正弦脈

46、寬調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制逆變器，以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速。</p><p>　　圖3-1 恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3.3 仿真模型的建立</p><p>　　根據(jù)圖3-1所示的原理圖建立Simulink仿真模型如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真模型</p><p&

47、gt;　　仿真模型的參數(shù)具體如下：</p><p>　　1）逆變器直流側(cè)電壓：</p><p>　　2）PWM發(fā)生器：載波頻率</p><p>　　3）給定積分器GI：放大器，限幅器限幅值</p><p>　　4）取整integer：round</p><p>　　仿真算法為Ode23tb，仿真精度為</p>

48、;<p>　　其中給定積分器GI的模型如圖所示，它由放大器（Gain）、限幅器（Saturaction）等模塊組成，對(duì)它設(shè)定恰當(dāng)?shù)姆e分時(shí)間常數(shù)可以控制頻率上升的速率，從而設(shè)定電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間。</p><p>　　圖3-3 給定積分器分支模塊</p><p>　　在給定積分器的后面插入了一個(gè)取整環(huán)節(jié)（integer），使頻率為整數(shù)。曲線（如圖所示）由函數(shù)發(fā)生器Fcn產(chǎn)生。&l

49、t;/p><p><b>　　圖3-4 曲線</b></p><p>　　根據(jù)頻率確定相應(yīng)的電壓值，其函數(shù)表達(dá)式為</p><p>　　式中，為電動(dòng)機(jī)額定電壓，為電動(dòng)機(jī)額定頻率，為初始電壓補(bǔ)償值。</p><p>　　電壓、頻率、時(shí)間經(jīng)Dux匯總為一維向量，式中、、依次表示電壓、頻率和時(shí)間。函數(shù)模塊ua、ub、uc分別用于產(chǎn)

50、生三相調(diào)制信號(hào)、、：</p><p>　　根據(jù)三相調(diào)制信號(hào)，由 PWM發(fā)生器產(chǎn)生逆變器驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)逆變器得到頻率和幅值可調(diào)的三相電壓，使交流電動(dòng)機(jī)按給定要求起動(dòng)和運(yùn)行。</p><p>　　3.4 主要模塊介紹</p><p>　　驅(qū)動(dòng)模塊——PWM脈沖發(fā)生器</p><p>　　PWM脈寬調(diào)制方式在逆變器控制中使用很廣泛。MATLAB模型庫(kù)

51、提供的PWM脈沖發(fā)生器（如圖3-5所示）是一個(gè)多功能模塊，它可以為GTO、FET、IGBT等自關(guān)斷器件組成的一相、二相和三相橋式交流電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且還可以用于雙三相橋式電路（12脈沖）的驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　圖3-5 PWM脈沖發(fā)生器模塊</p><p>　　PWM脈沖發(fā)生器脈寬調(diào)制的原理是以三角波（載波）與調(diào)制波比較，在三角波與調(diào)制波的相交點(diǎn)處產(chǎn)生脈沖的前后沿。三角波的頻率

52、可以設(shè)置，幅值固定為1。調(diào)制波有兩種產(chǎn)生方式：一種是由PWM脈沖發(fā)生器自動(dòng)生成，另一種在脈沖發(fā)生器輸入端由外部輸入。在采用內(nèi)調(diào)制信號(hào)生成模式時(shí)，調(diào)制波固定為正弦波，即SPWM調(diào)制方式，設(shè)置的調(diào)制度、輸出電壓頻率和輸出電壓相位三項(xiàng)參數(shù)實(shí)際上是內(nèi)部產(chǎn)生的調(diào)制正弦波的參數(shù)。選中內(nèi)調(diào)制信號(hào)生成方式后，模塊的輸入端不用連接。當(dāng)選擇外部輸入調(diào)制信號(hào)時(shí)，調(diào)制波的頻率和相位則由外部輸入的信號(hào)波形決定，但是外部輸入的信號(hào)波形幅值不能大于1。如圖3-6所示

53、，即為PWM脈沖發(fā)生器為三相橋式交流電路提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)所產(chǎn)生的6脈沖的圖示。</p><p>　　圖3-6 PWM脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的6脈沖圖示</p><p><b>　　通用橋式電路模塊</b></p><p>　　通用橋式電路模塊（Universal Bridge）是一個(gè)特殊的模塊，模塊圖標(biāo)如圖3-7所示（開關(guān)種類選擇IGBT/Diodes

54、）。它既可以用于整流也可用于逆變，并且橋臂個(gè)數(shù)和開關(guān)器件都可以選擇。橋臂的相數(shù)有3種選擇，其中“1”對(duì)應(yīng)的是單相半橋式電路，“2”對(duì)應(yīng)的是單相全橋式電路，“3”對(duì)應(yīng)的是三相全橋式電路。變流器使用的電力電子開關(guān)種類包括二極管、晶閘管、GTO、MOSFET、IGBT和理想開關(guān)等，且開關(guān)器件的參數(shù)、緩沖電阻和電容也可以設(shè)置。本例中所用模塊對(duì)應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)如圖3-8所示，所接驅(qū)動(dòng)脈沖的順序是Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6。</p>

55、<p>　　圖3-7通用橋式電路模塊 圖3-8通用橋式電路對(duì)應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.5 仿真波形的分析</p><p><b>　　仿真結(jié)果如下：</b></p><p>　　圖3-9 逆變器輸出相電壓（有效值）</p><p>　　圖3-10 轉(zhuǎn)速波

56、形</p><p>　　圖3-11 轉(zhuǎn)矩特性曲線</p><p>　　由上圖中可以看出，電動(dòng)機(jī)電壓基本按曲線的設(shè)定上升，但起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)很大。</p><p>　　圖3-12 頻率上升曲線</p><p>　　圖3-13 轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　圖3-14 正弦調(diào)制信號(hào)</p><

57、p>　　由以上三圖可看出在頻率變化的邊界上，正弦信號(hào)和轉(zhuǎn)速都發(fā)生了畸變，這是頻率變化的時(shí)刻不一定發(fā)生在調(diào)制信號(hào)一個(gè)完整周期的末尾，在調(diào)制正弦信號(hào)一個(gè)周期尚未結(jié)束時(shí)，頻率發(fā)生變化就可能使得下一個(gè)周期信號(hào)的前半周變寬或變窄，使相應(yīng)的一周期頻率減小或增大。</p><p>　　本仿真起動(dòng)時(shí)間設(shè)定為5秒，如果設(shè)定過小，不但不能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，而且在正弦一周內(nèi)發(fā)生多次頻率變化，還可以出現(xiàn)增頻現(xiàn)象，使得逆變器輸出頻率超過

58、設(shè)定頻率（50Hz），電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超調(diào)。從而驗(yàn)證了采用等時(shí)間間隔的升頻過程難以完全避免輸出電壓周期不規(guī)則的現(xiàn)象，工程上所謂的“調(diào)頻”現(xiàn)象。</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　通過對(duì)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真，充分驗(yàn)證了目前能夠滿足大多數(shù)場(chǎng)合交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制要求的恒壓頻比調(diào)速控制的相關(guān)特性。采用恒壓頻比控制

59、，在基頻以下的調(diào)速過程中可以保持電動(dòng)機(jī)氣隙磁通基本恒定，在恒定負(fù)載情況下（恒轉(zhuǎn)矩），電動(dòng)機(jī)在變頻調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差率基本不變，所以電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較硬，電動(dòng)機(jī)有較好的調(diào)速性能。但是如果頻率較低，定子阻抗壓降所占比重較大，電動(dòng)機(jī)就難于保持氣隙磁通不變，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將隨頻率的下降而減小。為了使電動(dòng)機(jī)在低頻低速時(shí)仍有較大的轉(zhuǎn)矩，在低頻時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高定子電壓（低頻電壓補(bǔ)償），使電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)仍有較大的轉(zhuǎn)矩。</p><p&g

60、t;　　四 轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真</p><p><b>　　4.1 概述</b></p><p>　　異步電機(jī)相對(duì)于直流電機(jī)，具有堅(jiān)固耐用，價(jià)格便宜，易于維護(hù)等顯著特點(diǎn)，在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是，異步電機(jī)的調(diào)速性能遠(yuǎn)比直流電機(jī)差，這限制了異步電機(jī)在調(diào)速場(chǎng)合的應(yīng)用。</p><p>　　由電機(jī)原理可知，電機(jī)調(diào)速的本質(zhì)是控

61、制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)加減速，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生的。主磁場(chǎng)和電樞磁場(chǎng)產(chǎn)生方法的不同，以及兩者之間相互作用形式的不同產(chǎn)生了電機(jī)不同的調(diào)速性能。直流電機(jī)調(diào)速性能優(yōu)異，可控性好，而異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，只有通過有效地簡(jiǎn)化與控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)解耦才可能獲得像直流電機(jī)類似的調(diào)速性能。矢量控制技術(shù)就是一種借鑒直流電機(jī)調(diào)速思想，建立在異步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，提高異步電機(jī)調(diào)速性能的新型調(diào)速技術(shù)。&l

62、t;/p><p>　　矢量控制是目前交流電動(dòng)機(jī)的先進(jìn)控制方式，一般將含有矢量變換的交流電動(dòng)機(jī)控制都稱為矢量控制，實(shí)際上只有建立在等效直流電動(dòng)機(jī)模型上，并按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)準(zhǔn)確定向地控制，電動(dòng)機(jī)才能獲得最優(yōu)的動(dòng)態(tài)性能。</p><p><b>　　4.2 原理</b></p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電機(jī)，那么，模仿直流電動(dòng)機(jī)控制的策

63、略，得到直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動(dòng)機(jī)了，這就是矢量控制系統(tǒng)的基本思路。</p><p>　　本章中的轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用了SPWM電壓型逆變器，轉(zhuǎn)速采取了轉(zhuǎn)差頻率控制，即異步電動(dòng)機(jī)定子角頻率由轉(zhuǎn)子角頻率和轉(zhuǎn)差角頻率組成（），這一關(guān)系是轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)突出的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。它表明，在轉(zhuǎn)速變化過程中，電動(dòng)機(jī)的定子電流頻率始終能隨轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速同步升降，使電

64、機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)更為平滑而且穩(wěn)定。</p><p>　　4.3 矢量控制中的坐標(biāo)變換</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的優(yōu)良調(diào)速性能，必須對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。矢量坐標(biāo)變換是簡(jiǎn)化交流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜模型的重要數(shù)學(xué)方法，更是交流電動(dòng)機(jī)矢量控制的基礎(chǔ)。矢量坐標(biāo)變換包括三相靜止坐標(biāo)系和兩相靜止坐標(biāo)系的變換（簡(jiǎn)稱3s/2s變換）、兩相靜止坐標(biāo)系和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換（簡(jiǎn)稱2s/2r變換），以及直角坐標(biāo)

65、和極坐標(biāo)的變換（K/P變換）等。</p><p>　　矢量控制中涉及三種坐標(biāo)系統(tǒng)：三相靜止坐標(biāo)系（3s）、兩相靜止坐標(biāo)系（2s）和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（2r）。三相異步電機(jī)模擬成直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制需將三相變換到兩相，以及靜止坐標(biāo)系變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。</p><p>　　三相-兩相靜止坐標(biāo)系變換</p><p>　　靜止坐標(biāo)系變換是三相靜止繞組A、B、C和兩相靜止繞組、之間

66、的變換，如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 三相和兩相坐標(biāo)系與繞組磁動(dòng)勢(shì)的空間矢量</p><p>　　上圖中繪出了 A、B、C 和 、 兩個(gè)坐標(biāo)系，為方便起見，取 A 軸和 軸重合。設(shè)三相繞組每相有效匝數(shù)為N3，兩相繞組每相有效匝數(shù)為N2，各相磁動(dòng)勢(shì)為有效匝數(shù)與電流的乘積，其空間矢量均位于有關(guān)相的坐標(biāo)軸上。由于交流磁動(dòng)勢(shì)的大小隨時(shí)間在變化著，圖中磁動(dòng)勢(shì)矢量的長(zhǎng)度是隨意的。&

67、lt;/p><p>　　靜止坐標(biāo)系變換是按等效電機(jī)原則進(jìn)行，即變換前的三相電機(jī)與變換后的兩相電機(jī)具有相同的功率和磁動(dòng)勢(shì)，在電、磁兩方面完全等效，故兩套繞組瞬時(shí)磁動(dòng)勢(shì)在、軸上的投影都應(yīng)相等，因此</p><p>　　考慮變換前后總功率不變，匝數(shù)比應(yīng)為</p><p>　　故從三相到兩相變換關(guān)系為：</p><p>　　則從三相坐標(biāo)系變換到兩相坐標(biāo)系

68、的變換矩陣為：</p><p><b>　　反變換矩陣為：</b></p><p>　　兩相靜止-兩相旋轉(zhuǎn)變換</p><p>　　如圖4-2所示，由兩相、靜止坐標(biāo)系到兩相M、T旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換如下：</p><p>　　圖4-2 兩相靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與磁動(dòng)勢(shì)（電流）空間矢量</p><p>　　

69、由于各繞組匝數(shù)相等，可以消去磁動(dòng)勢(shì)中的匝數(shù)，直接用電流表示。由圖可見，、和、之間存在下列關(guān)系</p><p><b>　　轉(zhuǎn)換成矩陣形式為：</b></p><p>　　則兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為：</p><p><b>　　反旋轉(zhuǎn)變換為：</b></p><p><b

70、>　　反旋轉(zhuǎn)矩陣為：</b></p><p>　　4.4 仿真模型的建立</p><p>　　根據(jù)原理建立仿真模型如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　其中各放大器的參數(shù)如下：</p><p>　　給定轉(zhuǎn)速為，在起動(dòng)后0.45s加載。選

71、擇固定步長(zhǎng)算法ode5，步長(zhǎng)取。</p><p>　　4.5 主要模塊介紹</p><p>　　系統(tǒng)的控制部分由給定、PI調(diào)節(jié)器、函數(shù)運(yùn)算、二相/三相坐標(biāo)變換、PWM脈沖發(fā)生器等環(huán)節(jié)組成。其中給定環(huán)節(jié)有定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)子速度。放大器、和積分器組成了帶限幅的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR。電流電壓模型轉(zhuǎn)換由函數(shù)、模塊實(shí)現(xiàn)。函數(shù)運(yùn)算模塊根據(jù)定子電流的勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量計(jì)算轉(zhuǎn)差，并與轉(zhuǎn)子頻率相加得到定子頻

72、率，再經(jīng)積分器得到定子電壓矢量轉(zhuǎn)角（theta）。模塊sin、cos、dq0/abc實(shí)現(xiàn)了二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系至三相靜止坐標(biāo)系的變換。dq0/abc的輸出是PWM發(fā)生器的三相調(diào)制信號(hào)，因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)幅度不能大于1，在dq0/abc輸出后插入了衰減環(huán)節(jié)。在模型調(diào)試時(shí)，可以先在此處斷開，使系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)，將PWM發(fā)生器設(shè)置為內(nèi)部模式，然后運(yùn)行模型，根據(jù)dq0/abc輸出和PWM發(fā)生器的三相調(diào)制輸入信號(hào)幅值小于1的要求，計(jì)算的衰減系數(shù)。</

73、p><p>　　4.6 仿真波形的分析</p><p><b>　　仿真波形如下：</b></p><p><b>　　圖4-4 轉(zhuǎn)速響應(yīng)</b></p><p>　　圖4-5 定子a相電流響應(yīng)</p><p>　　圖4-6 電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩給定</p>&

74、lt;p>　　圖4-7 電動(dòng)機(jī)輸入三相線電壓（有效值）</p><p>　　在仿真結(jié)果中，上圖反映了在起動(dòng)和加載過程中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流、電壓和轉(zhuǎn)矩的變化過程，在起動(dòng)中，逆變器輸出電壓（線電壓）逐步提高，轉(zhuǎn)速上升，但是電流基本保持不變，，電動(dòng)機(jī)以給定的最大電流起動(dòng)。在0.39s時(shí)，轉(zhuǎn)速稍有超調(diào)后穩(wěn)定在，電流也下降為空載電流，逆變器輸出電壓也減少了。電動(dòng)機(jī)在加載后電流和電壓迅速上升，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之增加，轉(zhuǎn)速

75、在略經(jīng)調(diào)整后回復(fù)不變。</p><p>　　圖4-8 SPWM的三相調(diào)制信號(hào)</p><p><b>　　圖4-9 轉(zhuǎn)子角</b></p><p>　　圖4-10 計(jì)算得到的轉(zhuǎn)差頻率給定</p><p>　　圖4-11 逆變器調(diào)制頻率</p><p>　　上圖反映了各控制模塊輸出信號(hào)波形的變化，經(jīng)

76、變換后的三相調(diào)制信號(hào)（）的幅值和頻率在調(diào)節(jié)過程是逐步增加的，隨頻率的增加，轉(zhuǎn)速逐步提高，信號(hào)幅值的提高，保證了電動(dòng)機(jī)電流在起動(dòng)過程中保持不變。</p><p>　　圖4-12 定子磁鏈軌跡</p><p>　　圖4-13 轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性</p><p>　　圖4-12和圖4-13分別反映了電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過程中定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性。電動(dòng)機(jī)在零狀

77、態(tài)起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)有一個(gè)建立過程，在建立過程中磁場(chǎng)變化是不規(guī)則的，這也引起了轉(zhuǎn)矩的大幅度變化。從仿真過程可以看到，在0.2s后，磁場(chǎng)呈規(guī)則的圓形。改變勵(lì)磁的給定值，圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的半徑也有變化，為了較清楚地看到PWM調(diào)制引起的電動(dòng)機(jī)磁鏈的脈動(dòng)情況，PWM調(diào)制頻率取得較低，如果調(diào)制頻率提高，圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的脈動(dòng)將減少。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速特性反映了通過轉(zhuǎn)差頻率控制使電動(dòng)機(jī)保持了最大轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，并且改變ASR的輸出限幅，最大轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)。仿真的結(jié)

78、果表明，采用轉(zhuǎn)差頻率控制的矢量控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。</p><p><b>　　4.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　由矢量控制的基本原理可知，矢量控制的優(yōu)異調(diào)速性能是建立在異步電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的簡(jiǎn)化和解耦基礎(chǔ)之上，模型的簡(jiǎn)化與解耦通過坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)。本章以異步電機(jī)矢量控制變頻調(diào)速為對(duì)象，分析與研究了矢量控制技術(shù)，通過仿真驗(yàn)證了矢量控制系統(tǒng)優(yōu)異的控制性能

79、。</p><p><b>　　五 總結(jié)與展望</b></p><p>　　由于電機(jī)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和被控對(duì)象的特殊性，在實(shí)驗(yàn)前對(duì)其進(jìn)行建模與仿真以驗(yàn)證其控制策略和算法的合理性是非常重要的。在對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)仿真的過程中，我主要借助了MATLAB/Simulink中的Simpowersystem等模塊，分別對(duì)交流軟起動(dòng)、開環(huán)VVVF控制系統(tǒng)、交流矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真與

80、分析。</p><p>　　本文在第二章中討論了交流軟起動(dòng)器的性能。電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器以大功率雙向晶閘管構(gòu)成交流調(diào)壓電路，通過控制晶閘管的觸發(fā)角來調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓，很方便的實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)的無觸點(diǎn)降壓軟起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流顯著減小。文中借由與全壓起動(dòng)的比較，從電流、轉(zhuǎn)矩等曲線的對(duì)比中彰顯交流軟起動(dòng)的優(yōu)越性。</p><p>　　本文第三章中具體討論了轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的調(diào)速系統(tǒng)，這

81、種調(diào)速方法采用轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比帶低頻電壓補(bǔ)償?shù)目刂品桨?。作為一種常用的變頻調(diào)速控制方式，恒壓頻比控制（簡(jiǎn)稱控制）通過同時(shí)改變變頻器的輸出頻率和電壓來使電動(dòng)機(jī)的磁通保持不變，從而實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)在較大范圍內(nèi)的平滑調(diào)速運(yùn)行，且電動(dòng)機(jī)的效率、功率因數(shù)不變。文中闡述了變頻調(diào)速的原理以及方式，并用MATLAB/Simulink對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，證明所選方案的可行性。</p><p>　　本文第四章中討論了交流矢量控制系統(tǒng)，并重點(diǎn)

82、介紹了坐標(biāo)變換的方法與作用，以異步電機(jī)矢量控制變頻調(diào)速為對(duì)象，分析與研究了矢量控制技術(shù)，通過仿真驗(yàn)證了矢量控制系統(tǒng)優(yōu)異的控制性能。</p><p>　　在完成本文的過程中，通過查找和分析資料，我對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)更深層次的理解。同時(shí)，分析解決問題的能力也得到了很大的提高。在這期間我也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足之處，比如考慮問題還不夠全面，對(duì)知識(shí)的運(yùn)用也不夠熟練。由于本人學(xué)識(shí)有限以及篇幅和時(shí)間的限制，本文中難免存在一些

83、遺漏和缺陷，希望各位老師指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]洪乃剛編著．電力電子、電機(jī)控制系統(tǒng)的建模和仿真．機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[2]陳伯時(shí)主編．電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)．機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[3]王兆安、黃俊主編．電力電子技術(shù)．機(jī)械

84、工業(yè)出版社</p><p>　　[4]邱阿瑞主編．電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)．高等教育出版社</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　四年精彩的大學(xué)生活至此即將結(jié)束了。在這四年的時(shí)間里，我學(xué)到了很多電氣專業(yè)方面的知識(shí)，拓展了自己的視野，豐富了自己的生活，提升了自己的素質(zhì)和涵養(yǎng)。經(jīng)過近幾個(gè)月的努力，畢業(yè)論文設(shè)計(jì)工作也已然接近尾聲

85、。在此次畢業(yè)論文完成的過程中，我得到了羅老師悉心的指導(dǎo)、同學(xué)們熱情的幫助以及家人的鼓勵(lì)和支持，在此我對(duì)他們表示誠(chéng)摯的謝意。</p><p>　　首先要感謝我的指導(dǎo)老師，從課題的選擇到論文完成的每個(gè)階段，羅老師一直給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，提出了許多寶貴的建議，使得我的論文一步一步的完善，同時(shí)他嚴(yán)肅的教學(xué)態(tài)度和淵博的學(xué)識(shí)也深深地感染和激勵(lì)著我，沒有老師的幫助，這篇論文也就無法完成。</p><