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【原创】转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真毕业论文设计

来源:用户分享 时间:2025/7/2 22:25:29 本文由loading 分享 下载这篇文档手机版
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是不同的部分用不同的速率来采样和更新。

Simulink提供一个图形化用户界面用于建模,用鼠标拖拉块状图表即可完成建模。在此界面下能像用铅笔在纸上一样画模型。相对于以前的仿真需要用语言和程序来表明不同的方程式而言有了极大的进步。Simulink拥有全面的库,如接收器,信号源,线形及非线形组块和连接器。同时也能自己定义和建立自己的块。模块有等级之分,因此可以由顶层往下的步骤也可以选择从底层往上建模。可以在高层上统观系统,然后双击模块来观看下一层的模型细节。这种途径可以深入了解模型的组织和模块之间的相互作用。

在定义了一个模型后,就可以进行仿真了,用综合方法的选择或用Simulink的菜单或MATLAB命令窗口的命令键入。菜单的独特性便于交互式工作,当然命令行对于运行仿真的分支是很有用的。使用scopes或其他显示模块就可在模拟运行时看到模拟结果。进一步,可以改变其中的参数同时可以立即看到结果的改变,仿真结果可以放到MATLAB工作空间来做后处理和可视化。

模型分析工具包括线性化工具和微调工具,它们可以从MATLAB命令行直接访问,同时还有很多MATLAB的toolboxes中的工具。因为MATLAB和Simulink是一体的,所以可以仿真、分析,修改模型在两者中的任一环境中进行。

1.3转差频率控制的调速系统

1.3.1转差频率控制的基本概念

直流电动机的转矩与电枢电流成正比,控制电流就能控制转矩。因此,把直流双闭环调速系统转速调节器的输出信号当做电流给定信号,也就是转矩给定信号。

在异步电机变压变频调速系统中,需要控制的是电压(电流)和频率,怎样通过控制电压(电流)和频率来控制电磁转矩,便成为提高动态性能时需要解决的问题。

由电力拖动的基本方程式:

Jd?Te?TL?npdt (1-1)

d?根据基本运动方程式,控制电磁转矩Te就能控制。因此,归根结底,控制调速

dt

'L1RL rs1sIsUsIr'EsEg LmErRr's

图1.1异步电动机稳态等效电路和感应电动势

系统的动态性能就是控制转矩的能力。 电磁转矩关系式:

?Pem1?2RrTe??Ir (1-2)

?s?ss由图1.1异步电动机稳态等效电路图可知:

(1-3)

将(1-3)代入(1-2)中得:

(1-4)

???????将电机气隙电动势

Eg?4.44f1NskNs?m?12?1N1kNs?m代入式(1-4)得

3s?1R1r22npNskns?m (1-5)

?2222R1r?s2?1L1r32令s?1??s并定义为转差频率,其中Km?PNs2Kns为电机的结构常数,则式(1-5)

2可化为

s?1R1r (1-6) Te?Km?m22R?2??L?Te?1r?s1r?当电机稳定运行时,s值很小,因而?s也很小,只有?1的百分之几,可以认为?sL1?r??Rr?,则转矩可近似表示为

?Rr (1-7)

上式表明,在s很小的稳定运行范围内,如果能够保持气隙磁通?m不变,则有Te??s,就和直流电机中控制电流一样,能够达到间接控制转矩的目的。控制转差频率就相当于控制了转矩,这就是转差频率控制的基本概念。 1.3.2基于异步电动机稳态模型控制的转差频率控制规律

当?s较大时,采用式(1-4)的精确转矩公式,其转矩特性Te?f??s?如图1.2所示,当?s较小时处于稳定运行段,转矩与转差频率?s基本上成正比,当Te达到最大值Temax时,?s达到?smax。

Te?Km?m2?s

TeTemaxTem0?sm?smax?s

图1.2按恒?m值控制的Te?f??s?特性

对于式(1-4),取

dTe?0,可得, d?s?smax?RrL1r??RrL1r2 (1-8)

K?Temax?mm (1-9)

?2L1r1.在转差频率控制系统中,只要给定?s限幅,使其限幅值为

R?s??smax?rL1r (1-10) 则可保持Te与?s的正比关系,从而可以用转差频率控制来代替转矩控制。 2.上述规律是在保持?m恒定的条件下成立的,保持?m恒定的条件: 由异步电机等效电路图1.1,可知

???????Eg?Us?Is(Rs?j?1L1s)?Eg?Is(Rs?j?1L1s)????1 (1-11) ??1???U可见该控制需要在恒s控制的基础上再提高电压US以补偿定子电流压降。如果忽

?1略电流相量相位变化的影响,不同定子电流时恒

Us?f(?1,Is)如图1.3所示。

??Eg??1控制所需的电压-频率特性

UsIs0Eg?1恒控制Us?1为恒值?1定子电流增大的趋势图1.3不同定子电流时恒压频比控制所需的电压-频率特性

上述关系表明,只要Us和?1及Is的关系符合上图所示特性,就能保持就是保持?m恒定。这是转差频率控制的基本规律之二。

Eg??1恒定,也

总结起来,转差频率控制的规律是:

(1)在?s??sm的范围内,转矩Te基本上与?s成正比,条件是气隙磁通不变。 (2)在不同的定子电流值时,按上图的函数关系Us?f(?1,Is)控制定子电压和频率,就能保持气隙磁通?m恒定。

由以上工作情况可以看出,转差频率控制系统的优点在于定子频率输入信号?1*是由转差频率?s*和实测转速信号?相加后得到的。这样,在转速变化过程中,定子频率随着实际转速同步上升或下降,因此加、减速平滑而稳定。同时,由于在动态过程中转速调节器ASR饱和,系统能用对应于?sm的限幅转矩Tem进行控制,保证了在允许条件下的快速性。由此可见,转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速系统能够像直流电机双闭环控制系统那样获得较好的静、动态性能,是一个比较优越的控制策略,属于高性能的控制系统。

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