异步电动机转差频率间接矢量控制matlab仿真-毕业设计（论文）Word文档格式.doc

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四、毕业设计（论文）原始数据及资料：

电机额定有功W，额定电压=220V，额定频率=50HZ,定子电阻=0.435，定子漏感=0.002H,转子电阻=0.816，转子漏感=0.002H，电机定转子互感=0.069H，电机转动惯量=,摩擦系数,电机极对数。

五、主要参考文献（资料）：

[1]陈伯时．电力拖动自动控制系统[M]．北京：

机械工业出版社，2003．

[2]王兆安，黄俊．电力电子技术[M]．北京：

机械工业出版社，2000．

[3]汤蕴璆，史乃.电机学[M]．北京：

机械工业出版社，2001.

[4]洪乃刚．电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]．北京：

机械工业出社，2006.

[5]周渊深．交直流调速系统与MATLAB仿真[M]．北京：

中国电力出版社，2004．

[6]刘军华．转差率控制的异步电动机调速系统的设计[J]．电气传动．2008,38（5）．

[7]彭伟发．VVVF交流调速系统的仿真与DSP实现[J].枣庄学院学报.2009,26

（2）.

专业班级电气0707学生

设计（论文）工作起止日期20011年3月～20011年6月

指导教师签字日期

专业（系）主任签字日期

IV

摘要

本文基于MATLAB对异步电动机转差频率控制调速系统进行仿真研究。

首先分析了异步电动机转差频率控制技术的主要控制方法、基本组成与工作原理。

之后对异步电机的动态模型做了分析，进一步介绍了异步电机的坐标变换，对异步电机转差频率矢量控制系统的基本原理进行了阐述，通过仿真工作，证明了其可行性。

最后，通过对仿真结果进行分析，归纳出如下结论：

单纯的转差频率控制带载能力差，应用转差频率矢量控制可增强电机对转矩的调节能力且无需电压补偿。

关键词：

转差频率，矢量控制，异步电动机

InductionMotor 

SlipFrequencyIndirectVectorControl

MatlabSimulation

Abstract

Thispaperfocusesonthematlabsimulationoftheasynchronousmotorspeedregulationsystem.

Firstly,thispaperanalyzesthemaincontrolmethod,basiccompositionandworkingprincipleoftheinductionmotorslipfrequencycontroltechnology.

Secondly,thispaperanalysisthedynamicmodelofasynchronousmotorandfurtherintroducesthecoordinatetransferandthebasicprincipleofmotorslipfrequencyvectorcontrolsystem.Atthesametime,thesimulationworktoproveitsfeasibility.

Finally,accordingtoanalysisofthesimulationresults,theconclusionsareasfollowssimplyslipfrequencycontrolisalwayswithpoorloadcapacity,onthecontrarythevectorcontrolapplicationscanenhancetheabilitytoregulatethemotorofthetorqueandwithoutvoltagecompensation.

Keywords:

slipfrequency,vectorcontrol,inductionmotor

目录

摘要 I

Abstract II

1绪论 1

1.1现代交流调速技术的发展 1

1.1.1异步电动机交流调速系统的类型 2

1.1.2交流调速系统的发展趋势和动向 2

1.2本文主要研究内容 2

1.2.1转差频率控制的基本概念 2

1.2.2基于异步电动机稳态模型控制的转差频率控制规律 4

1.2.3基于异步电动机动态态模型控制的转差频率矢量控制规律 5

2异步电动机转差频率间接矢量控制交流调速系统 7

2.1异步电机的特点 7

2.2三相异步电动机的多变量非线性数学模型 7

2.2.1电压方程 8

2.2.2磁链方程 9

2.2.3转矩方程 11

2.2.4电力拖动系统运动方程 11

2.3矢量控制技术思想 12

2.3.1坐标变换 13

1．坐标变换的基本思想和原则 13

2．三相-两相变换（3s/2s变换） 15

2.3.2交流异步电机在两相任意旋转坐标系上的数学模型 18

2.3.3异步电机在两相静止坐标系（坐标系）上的数学模型 20

2.3.4异步电机在两相同步旋转系上的数学模型 21

2.3.5三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 21

2.4基于转差频率矢量控制调速系统的组成 22

2.4.1基于转差频率间接矢量控制调速系统的工作原理 22

2.4.2异步电动机转差频率间接矢量控制公式推导 24

3主电路与控制电路 25

3.1SPWM逆变电路 25

3.2控制电路的设计 26

3.2.1转速PI调节器的设计 26

3.2.2函数运算模块的设计 28

4转差频率间接矢量控制的matlab仿真 30

4.1仿真模型的搭建及参数设置 30

4.1.1主电路模型 30

4.1.2控制电路的模型搭建 31

4.2仿真结果与分析 33

4.2.1仿真波形图 33

4.2.2仿真结果分析 35

4.3本章总结 35

参考文献 36

致谢 37

1绪论

1.1现代交流调速技术的发展

在工业化的进程中,电动机作为将电能转换为机械能的主要设备。

实际应用中要求电机一方面要具有较高的机电能量转换效率;

另一方面能够根据生产工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。

电动机的调速性能如何对节省能量，提高产品质量，提高劳动生产率有着直接的决定性影响。

因此,调速技术一直是研究的热点。

长期以来,直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。

直流电动机在额定转速以下运行时,保持励磁电流恒定,可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速;

在额定转速以上运行时,保持电枢电压恒定,可用改变励磁的方法实现恒功率调速。

同时采用转速、电流转速双闭环直流调速系统可获得优良的静，动态调速特性。

因此,20世纪80年代以前,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。

交流电动机自1885年出现后，由于没有理想的调速方案，因而长期用于恒速拖动领域，近些年来,科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。

1.电力电子器件的不断更新。

迄今为止,电力电子器件的发展经历了分立换流关断器件（晶闸管元件），自关断器件（GTR、GTO、VDMOS、IGBT）,功率集成电路PIC,智能模块IPM,专用功率器件模块ASPM,使得变频装置在性能与价格比上可以与直流调速装置相媲美。

2.先进的调制技术的出现。

20世纪60年代中期,德国ASchonung等人率先把通信系统中的调制技术推广应用于变频调速中，即PWM技术。

PWM技术的发展和应用优化了变频装置的性能，而且更重要的意义是抑制逆变器输出电压或电流中的谐波分量,从而降低或消除了变频调速时电机的转矩脉动,提高了电机的工作效率,扩大了调速系统的调速范围。

3.矢量控制技术和直接转矩控制技术的提出。

1975年,德国学者FBlaschke提出了矢量变换控制原理,采用参数重构和状态重构的现代控制理论概念实现了交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解藕,实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程。

1985年,德国鲁尔大学的MDepenbrock对时空间理论的研究,提出了直接转矩控制理论，以转矩和磁通的独立跟踪自调整并借助于转矩的Band-Band控制来实现转矩和磁通直接控制。

4.微型计算机控制技术的发展。

单片微机MCS，DSP，→精简指令集计算机（ReducedInstructionSetComputerRISC）为控制核心的微机控制技术使得交流调速从模拟控制迅速走向数字控制。

数字化使得控制器对信息处理能力大幅度提高，各种计算轻易实现，从而交流调速的现代控制方法终于得以完全实现。

交流调速系统与直流调速系统相比，具有如下特点：

（1）容量大。

（2）转速高且耐压高。

（3）交流电机的体积，重量，比同等容量的直流电机小，且结构简单，经济可靠，惯性小。

（4）交流电机环境适应力强，坚固耐用，可以在十分恶劣的环境下使用。

（5）高性能，高精度的新型交流拖动系统已达到同直流拖动系统一样的性能指标。

（6）交流调速系统表现出显著的节能。

1.1.1异步电动机交流调速系统的类型

由异步电动机工作原理可知,从定子传入转子的电磁功率可分为两部分:

一部分是拖动负载的有效功率；

另一部分是转差功率,与转差率成正比。

转差功率如何处理,是消耗掉还是回馈给电网,可衡量异步电动机调速系统的效率高低。

因此按转差功率处理方式的不同可以把现代异步电动机调速系统分为三类:

（1）转差功率消耗型调速系统。

（2）转差功率回馈型调速系统。

（3）转差功率不变型调速系统。

1.1.2交流调速系统的发展趋势和动向

1．智能化控制方法对交流调速系统的影响研究。

主要针对电机参数的不确定性、纯滞后或非线性耦合等特性,以及电机转子参数估计的不准确及参数变化的影响都会造成定向坐标的偏移，模糊控制、人工神经网络通过输入、输出信息进行仿人思维的智能化控制方法开始引入到交流调速系统中,成为交流调速控制技术新的研究方向。

取消通过机械连接的测速发电机及其他测速传感器,实现无硬件测速传感器的交流调速系统。

2.改善