畢業設計92基于svpwm的異步電機交流變頻調速系統的研究(存儲版)

　　

【正文】 中的三相繞組和兩相繞組沒有區別。如圖 21 然而，二相、三相、四相??等對稱繞組都可以產生旋轉的磁動勢 F。 異步交流電機數學模型變換及其物理解釋 對 節中公式 (26)略加分析可知，由于 L及 ‘L 陣的復雜性，求解十分困難。 srL 、 rsL 是三角函數陣，要復雜些，但是它們互為轉置。 將電壓方程寫成矩陣形式 : ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????cpiiiiiiRRRRRRUUUUUUbaCBAcbaCBAcbaCBA222111000000000000000000000000000000 (27) 繞組磁鏈矩陣的表達式： ?????????????????????????????????????????????????????????????cbaCBAcccacBcBcAbcbbBabBbBbAacabaaaBaBaACcCbCbCCCACABcBbBaBCBBBAAcAbAaACABAAcbaCBAiiiiiiLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL?????? (28) 對于感應電機每一相繞組，共有兩種磁通與其交鏈，一是穿過氣隙的漏磁通，二是穿過氣隙的互感磁通。 第 4章為 MATLAB 環境下的仿真，介紹動態仿真工具 SIMULINK,建立調速系統的各個仿真模塊，其中最主要的是 SVPWM 調制模塊 ，畫交流電機的仿真圖，得到仿真結果。因此，高性能的異步電動機調速系統，對于提高經濟效益具有十分重要的現實意義。 隨著計算機技術的發展和新控制理論的應用，交流變頻調速技術得到了飛速發展，其在調速范圍、調速精度、動態性能、使用方便性等方面都是其它交流調速方式所不可比擬的，交流變頻調速裝置在工業應用中所占的比例也不斷提高，極大地改變工業發展的而貌。 其主要發展方向有如下幾項： 電力電子技術是一門多學科交叉的邊緣學科，它同時涉及電力學、電子學、控制理論三大領域。此外，它必須直接或間接得 到轉子磁鏈在空間上的位置才能實現定子電流解耦控制，從而使得在這種矢量控制系統中需要配置轉子位置或速度傳感器，這給許多應用場合帶來不便。這種控制方法的另一個優點是對再生過電壓、過電流抑制較為明顯，從而可以實現快速的加減速。 張可：基于 SVPWM 的異步電機交流變頻調速系統的研究 2 第 1 章 緒論 現代交流變頻調速技術 現代交流電機變頻調速系統的發展，主要經歷了幾個階段 :早期通用變頻器，大多數采 用的是開環恒壓頻比控制方式。直流電動機由于其結構復雜，制造費時，故其價格遠遠高于交流電動機。另一類設備出于節約電能的需要，也需要調速運行 :典型的如風機、水泵等。并引用了 SIMULINK 工具箱中自帶的 PI 調節模塊、示波器模塊。 魏昌洲，薛重德，翟紅存 .基于 SVPWM 變頻調速系統的建模與仿真 [J].中小型電機 .(3) 安徽工程科技學院畢業設計（論文） III Ⅲ 畢業設計（論文）任務內容 本文是基于 SVPWM的異步電機交流變頻調速系統的研究，介紹 了 調速系統的原理， 并 在 MATLAB/SIMULINK環境下仿真，得到仿真結果并分析。空間矢量是一種針對三相交流電路的新型調制技術，可更有效地利用電源電壓，減少電 流諧波失真。 安徽工程科技學院畢業設計（論文） V Research on AC induction motor39。這是因為直流調速極其方便，只要調節電樞端電壓或勵磁電流就可在寬廣的范圍內實現無級調速。雖然早在 20 世紀 20 年代人們就已經認識到變頻調速是交流電動機的一種好調速方法，它能在寬廣的范圍內實現無級調速，具有優良的靜態性能指標。轉矩響應慢，電磁轉矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區效應的存在而性能下降，穩定性變差。它是七十年代初由西德 等人首先提出，以直流等效直流電動機控制的先河。對位置控制 (伺服 )系統，國際上多稱之為運動控制系統，在機器人、打印機、磁盤驅動 器等領域應用廣泛；速度控制系統也叫調速系統，是電動機的轉速調節，它在交通、機械、礦山等部門應用廣泛；除此之外，還有張力控制系統，主要應用在線材加工過程中，必須保持一定的張力使線材拉得均勻而不會斷裂；另外還有多電機同步控制系統。經過數十年的發展，一代又一代的新型電力電子器件相繼的問世。為解決控制精度和系統復雜性間的矛盾，又出現了直接轉矩控制、定子磁場定向控制等方法。 SVPWM 控制是模擬直流電動機控制，在電氣傳動系統中，應用計算機仿真技術建立電機及其傳動的仿真模型，在計算機上運行仿真實驗，用以替代在真實環境下運行的交流異步電機，既方便，又節約了成本。還有兩相靜態坐標系，在此坐標系中，電機各個參量以靜態參量處理，除此之外，根據不同控制要求，將靜態坐標系的橫坐標軸置于某一特定運動參量上，則可以得到跟隨其變化的同步旋轉坐標系。 = m1L cos (120。 運動方程 在一般情況下，電力拖動系統的運動方程式為： ???ppp nKnDdtdnJ ???? LE TT‘ (217) T 轉矩； J 機組的轉動慣量； D 與轉速成正比的阻轉矩阻尼系數； K 扭轉彈性轉矩系數； 張可：基于 SVPWM 的異步電機交流變頻調速系統的研究 8 pn 極對數。分別討論如下。顯然，可以調節 ? i ? i 的幅值和相位周期，使得圖 21 (a)和圖 21 (b)中的兩個 F 大小相等，轉向和轉速也相等，這樣一來，圖 21(a)和圖 21(b)中的三相繞組和兩相繞組就等效了。 所以，只要我們能夠找到將靜止的三相交流繞組等效為旋轉的兩相自流繞組的數學手段，就可以借用分析自流電機的方法來分析交流電機。39。 3/2 變換 三相坐標系和兩相坐標系及其繞組磁動勢的關系如圖 (22) 不妨取 a 軸和 A 軸重合。 dq0 系中的 0 是因為處理需要而構造的。 由于 PWM 調制可以同時實現變頻變壓的反抑制諧波的特點，在交流傳動乃至其它能量變換系統中得到廣泛應用。另一方面則告訴人們消除機械和電磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作頻率，因為隨機 PWM 技術提供了一個分析、解決問 題的全新思路。三相異步電動機要求定子輸入三相對稱正弦電流的最終目的是在電機張可：基于 SVPWM 的異步電機交流變頻調速系統的研究 16 內產生圓形氣隙旋轉磁場，從而產生恒定的電磁轉矩。 (2)轉子坐標系 與定子坐標系類似，轉子坐標系也是由轉子的三相繞組軸線 a, b, c來確定的 a b c。 圖 (31)所示是典型的三相電壓型 PWM 逆變器結構，電壓型逆變器的特點有： (1)直流回路濾波環節 (無功緩沖環節 )為大電容，所以自流側的電壓基本無脈動，直流回路呈現低阻抗特性； (2)輸出電壓波形為矩形波，與負載阻抗角無關 :輸出的電流波形及其相位因負載阻抗角不同而異； (3)要求開關器件的關斷時間短，但是沒有特殊的耐壓要求。 如圖 (32)所示每一個空間矢量幅值都是 /32VDC 。即有滿足 (313)式的電壓矢量必將在第一扇區。 “工欲善其事，必先利其器 ”，今天通用計算機仿真軟件已成為設計人員首選工具。如果 TTT ?? 21 ，則有： TTT TT 21 11 ?? (319) TTT TT 21 22 ?? (320) 確定矢量切換點 321 cmcmcm TTT 、 設： ????????????4/4/4/2121TTTTTTTTTTbcaba ）（ (321) 對應不同的扇區，按表 34 確定 321 cmcmcm TTT 、 。在 ??? 坐0~ ?60 V(100) V(110) ?60 ~ ?120 V(110) V(010) ?120 ~ ?180 V(010) V(011) ?180 ~ ?240 V(011) V(001) ?240 ~ ?30 V(001) V(101) ?30 ~ ?360 V(101) V(100) 安徽工程科技學院畢業設計（論文） 19 標系中 refU 是以 ?Uref 、 ?Uref 的形式給出的。記功率器件的開通狀態為 1，關斷狀態為 0。 以上各坐標系之間的夾角定義為：定子軸 a 到磁鏈軸 M 之間的夾角為磁鏈 同步角，也叫磁場定向角；轉子軸 d 到磁鏈軸 M 的夾角為 ? ，即負載角為轉子位置角。 SVPWM 控制理論解決了交流電動機的轉矩控制問題，應用坐標變換將之三相系統等效為兩相系統，再經過按轉子磁場定向的同步 旋轉坐標變換，實現了定子電流勵磁分量和轉矩之間的解耦，從而達到對交流電動機的磁鏈和電流分別控制的目的。本文研究的控制系統采用的是空間電壓矢量法（ SVPWM 法）。 在 70 年代開始至 80 年代初，由于當時大功率晶體管主要為雙極性達林頓三極管，載波頻率一般最高不超過 5KHz，電機繞組的電磁噪音及諧波引起的振動引起人們的關注。那么，相應的數學模型為： ???????????????????????????????????pLRLpLLLpLRLpLpLLpLRLLpLLpLRuuuummmmmmmmqdqd2221212212221211111111111112211???????? (241) 作比較詳細的分析可知，在此模型下，如果 ABC 坐標系中的變量為正弦函數時，dq0 坐標系中的變量就是直流量。 兩相靜止 /兩相旋轉變換 (2s/2r 變換 ) 如圖 所示，兩相靜止坐標系和兩相旋轉坐標系 MT 之間的變換稱為兩相靜止 /兩相旋轉變換，簡稱 2s/2r 變換從圖中可以看出，電流?i ?i和電流 mi ti 存在如下關系： ??? s in i c o si tm ???i (229) ??? c osi s in i tm ???i (230) 寫成矩陣形式為 : ??????????????????? ????????tmtm iiiiii 2r / 2sCc oss i n s i nc os ?? ???? (231) 圖 23 兩相靜止和旋轉坐標系 ?????? ?? ?? ?? c oss in s inc osC 2r /2s (232) 反之 ??????????????????????????????? ?? ?? iiiiiitm c oss i n s i nc osC 2r / 2s (233) 直角坐標系到極坐標系的變換 (K/P 變換 ) 在控制算法中，采用的極坐標系有時更為方便。ui39。39。 與 F 不僅大小相等，而且轉速相同。順著 ABC 相序轉動。因此有必要對上述電機數學模型坐標變換的基礎上加以簡化，以達到系統解耦的目的，實現異步電機高性能控制。把 (29)和 (211)代入式 (28)即得到完整的磁鏈方程，我們把它寫成分塊矩陣的安徽工程科技學院畢業設計（論文） 7 形式 : ??????????????????? rsrrs srssrs iirLL LL?? (213) 其中 ： ???????????CBAs???? , ???????????CBAiiisi , ???????