基于simulink异步电机矢量控制系统分析 电气自动化专业.docx

基于SIMULINK异步电机矢量控制系统分析 摘要： 介绍了一种基于SVPWM的异步电机矢量控制系统。利用对转速、磁链双闭环的矢量控制,通过电压空间矢量调制的方式,对电机转矩直接进行解耦,从而达到理想状态下的控制性能。通过仿真的实验可知,该方法不但计算方便简单,容易实现,而且鲁棒性强,具有一定的现实意义。 在异步电动机创建数学模型的前提下，叙述矢量控制等相关常识。把异步电动机三相静止坐标系下的不同变量转移到两相旋转坐标系中，之后通过转子磁场定向科技，促使定子绕组电流磁场与转矩分量得以解耦，最终，此类电机的调速效能显著提升，为创建SVPWM矢量控制系统奠定良好基础。 利用SIMULINK对该实验进行仿真和模拟，可以让人比较直观的观察此类控制系统，最终促使有关人员充分了解怎样才是此类电机的矢量控制。 关键词：SVPWM；异步电机；矢量控制 Abstract Abstract ：A vector control system of asynchronous motor based on SVPWM is introduced. The vector control of double closed loop speed and magnetic chain is used to decouple the torque of the motor directly. The ideal control performance is achieved through the mode of voltage space vector modulation. The simulation results show that the method is simple, easy to implement, and robust, and has certain practical significance. Based on the mathematical model of asynchronous motor, vector control theory and other basic knowledge are introduced. The rotor magnetic field orientation technology is used to decouple the current magnetic field component and torque component of the stator winding, thus the speed control performance of the asynchronous motor is greatly improved. Using SIMULINK to simulate and simulate the experiment, it can make people observe the vector control system of asynchronous motor more intuitively, so that people know exactly what is the vector control of asynchronous motor. Keywords ：SVPWM; Asynchronous motor; vector control 目 录 首 页 1 摘 要 2 第1章 引 言 4 1.1 引言 4 1.2 异步电机概述 5 1.3 异步电机的主要用途和分类 5 1.4 系统仿真技术概述 6 1.5 PWM调制技术的发展 7 第2章 三相异步电机数学模型 8 2.1 三相异步电机的工作原理 9 2.2 三相异步电机的物理模型 11 2.3 坐标变换 11 2.3.1 三相/两相变换（3/2变换） 12 2.3.2 两相/两相旋转变换(2s/2r)变换 13 2.3.3 直角坐标/极坐标变换 14 2.4 异步电机在二相静止坐标系上的数学模型 14 第3章 异步电机矢量控制研究 15 3.1 按转子磁场定向矢量控制的基本原理 16 3.2 矢量控制系统 17 3.3 矢量控制系统在转子坐标系中的实现方案 18 第4章 系统仿真研究 21 4.1仿真模型的参数计算 21 4.2矢量控制系统的仿真模型 21 4.3仿真结果分析 20 4.3.1 mt坐标系中的电流曲线 23 4.3.2 转速和转子磁链曲线 24 第5章 结 论 25 参 考 文 献 26 第1章 引言 1.1 引言 交流异步电机的动态数学模型属于相对高阶、非线性、强大耦合的多变量体系,其中矢量控制调速系统的重点就是对磁链与转矩进行的解耦。此类电机能够通过矢量控制方式把自身等效成直流电机，进而完成管控目标。主要观点和主旨是:利用管控定子电流矢量,根据磁场定向知识对异步电机励磁与转矩电流两分量的幅值与相位开展管控,进而完成管控转矩的目标。最终促使三相异步电机高效的对磁场与转矩进行解耦管控。在电气传动中，使用SVPWM控制科技。此科技主要是通过正弦脉宽调制科技，利用导通半导体开关配件与关断脉冲，也就是定子三相绕组电压依照面积原则，进而达到正弦对称要求，然而因为逆变器电压本质上就是脉冲电压，绕组内谐波元素较多，此外关键是电源电压使用效率不高。空间矢量脉宽调制（SVPWM）科技在电压源逆变器供电时期，依照使三相电机的定子出现跟踪圆形旋转磁场的模式管控逆变器开关操作，在上述控制方式下，促使直流侧电源电压使用效率得到全面提升，此外统计效率高，避免开关损耗，最终降低电机设备的谐波损耗，减少脉动，目前主要使用在比如电动汽车等以蓄电池直流供电等部分。 1971年国外专家F.Blaschke指出“感应电机磁场定向的控制理论”，是目前大众第一次指出矢量控制的定义。此类控制主要是在电机统知识、机电能量转换与坐标变换知识的前提下延伸产生的，具备领先型、创新性与高效性等诸多优势。其把异步电动机的模型利用坐标变动，促使其变成直流电动机模型，把定子电流矢量划分成按照其磁场定向的两个直流分量，且进行相应的管控，进而完成磁通与转矩的解耦管控，最终得到与流电机相似的现实成果。 本研究介绍基于SVPWM的异步电机矢量控制系统仿真。 1.2 异步电机概述 交流电机主要被划分成不同的部分和类型。首先，同步电机转速和连接电网频率之间存在一种严格不变关系，异步电机却不是这样，并不存在任何关联。在此类电机的定子绕组连接到电源之后，让电源供应励磁电流创建磁场，依赖电磁感应功能，也就是转子绕组感生电流，出现电磁转矩，进而完成机电能量阻焊变。由于其转子电流主要是因为电磁感应影响而出现，所以就被叫做感应电机。 异步电机一般都作电动机用，因为异步发电机性能较差。此电动机在工农业、交通领域、国防行业和其余多个领域都有普遍的使用。主要因素是与其余多种电机进行比较，其具备结构单纯、生产便利、运送稳定、性价比高等诸多特征，尤其是与同类型直流电动机进行比较，此电动机重量大概是前者的百分之五十，其此外价格是其的三分之一。然而，此类电动机也存在明显的不足，通常是：午安全面完成较广的平滑调速目标；需要从电网吸纳落后的励磁电流，促使整个功率因数变差。总的来说，由于大多数的生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采取其他办法来进行补偿，因此，三相异步电动机仍不失为电力拖动系统中一个极为重要的原件。 1.3 异步电机的主要用途及分类 异步电动机是工农发展中使用相对普遍的电动机，主要容量不一，在当前社会经济发展中有较为普遍的使用。 比如，在工业领域：中小类型的轧钢设施、多种金属切割机床、轻工设备、矿山内卷扬机与通风机等，全部采用此电机进行操作。 在农业领域：水泵、脱粒机、粉碎机与其余农副产品加工设备，也会使用此设备。 另外，在大众现实生活中，此类电动机得到普遍使用。比如，电扇、冷冻机、众多医疗设备等。总而言之，此设备使用领域广泛、现实需求较多，伴随电气化技术水平的提升，其在工农业生产与民众日常生活中具备关键的价值。 异步电动机通常可以被当做发电机，然而通常会在独特情况下使用。 此设备在社会经济发展中具有普遍使用，一般是因为自身结构单纯、生产便利、性价比高、使用时限长，此外具备很高的效率等优势。 然而，此类电机也存在一定的不足，主要是需要从电网吸纳滞后的无功功率，所以其主要功率因数始终低于1。因为在电网负载中，此类电机使用较多，因此所需要滞后的无功功率。但是在电网中却变成较大的负担，不仅提高了输电时期消耗，此外也限制有功功率的输送。在负载需要电动机单机容量很高的时候，电网功率因数并不高的时候，一般会使用同步电动机。 异步电动机按照定子绕组的相数被划分成不同的类型。在缺少三相电源或者需要功率不高的时候，可使用单相电动机，此设备功率通常少于3～4千瓦，在现实应用中比较普遍。在工农业运作中，大部分使用三相异步电动机。此类电动机具有不同的种类。首先是鼠笼式异步电动机，此设备转子绕组形状如同牢笼。其中，还可以详细的划分成单鼠笼、双鼠笼与深槽式等多种类型；其次是绕线式异步电动机，其中转子与定子绕组大致类似，也就是三相绕组，最终组合成星形或三角形。 1.4 系统仿真技术概述 系统主要是客观世界内实体彼此间的紧密作用与彼此依存关系构成的具备某种固定作用的完善整体。其分类方式众多，当前主要是根据具体应用范畴进行划分，通常被划分成工程与非工程系统。 前者改变是彼此关联部件构成的完善整体，进而完成相应的目标。比如电机驱动自动控制系统主要包含执行、功率转换、检测等多个部件，使用其进行电机转速、位置与其余参数控制的某个特定目标。 后者概念内涵丰富，不管是宇宙还是原子，只要具备彼此约束与影响的关系，产生紧密联系的整体，完成某种目标都能被叫做系统。 假如要定量分析系统的活动，需要把其自身特点和内部彼此关系抽象出来，创建出对应的模型。此类模型被划分成物理与数学两部分。因为计算机科技的持续进步与全面使用，后者在当前社会中使用更多。 当前数学模型主要是叙述系统动态特点的表达式，主要是代表系统运动时期的不同量的关系，是研究、设定系统的基础。从其所叙述系统的运动属性与数学工具进行划分，还能被划分成连续、离散时间等不同系统。此外也可以详细的划分成线性、非线性、定常、时变等众多子类。 系统仿真主要依照被分析的现实系统的数学模型分析其主要功能的重要科目，目前主要表示使用计算机去分析数学模型行为的方式。仿真主要包含系统、模型、算法、计算机程序设定个仿真结果呈现、研究和检验等部分。 1.5 PWM调制技术的发展 1964年德国人把通信系统的调制科技使用到交流传送中，此后出现正弦脉宽调制变频变压的观点和知识，PWM科技的发展时间长，从早期的寻求电压波形到电流波形的正弦，之后是异步电机磁通的正弦；从效率最高，转矩脉动最少，到去除谐波干扰等。伴随全新电力电子器件的持续出现和微电子科技的持续创新，变频科技得到良好发展。 从现实应用进行分析，SPWM在多种产品内具备重要的位置，且始终是大众分析的主题。大众开始持续探究改善脉宽调制方方式，对采样的SPWM进行大致的近似，得出规则采样算法，在此上述前提下，也指出准优化PWM技术，而后又出现了空间电压矢量PWM技术和电流滞环比较PWM以及在它基础上发展起来的无差拍控制PWM技术。脉宽调制技术为当代交流调速科技的发展与现实应用寻找到全新渠道。 PWM调制科技是电机驱动控制主要部分，其主要是通过功率开关器件开关将直流电压转变成相应形状的电压脉冲列,且利用管控电压脉冲宽度或时间进而完成变频、变压其高效管控与去除谐波的重要科技。 伴随电力电子技科技、微电子科技与自动控制科技的持续发展和多种全新理论方