異步電動機轉差率間接控制matlab仿真

【摘要】本文對轉差頻率控制的異步電機矢量控制調速系統進行了研究分析和仿真。使用matlab中的仿真工具箱simulink為基于轉差矢量控制的異步電動機變頻調速系統建立了仿真模型，給出了仿真結果。

【關鍵詞】matlab仿真模型；simulink轉差頻率；矢量

1.引言

頻調速的方法是異步電機最有發展前途的調速方法。隨著電力電子技術、計算機技術和自動控制技術的不斷發展，交流電機變頻調速已經逐步取代直流電機調速，并經歷了采用電壓頻率協調控制、轉差頻率控制、矢量控制以及直接轉矩控制的發展過程。其中，轉差頻率控制技術的采用，使變頻調速系統在一定程度上改善了系統的靜態和動態性能，同時它又比矢量控制方法簡便，具有結構簡單、容易實現、控制精度高等特點，廣泛應用于異步電機的矢量控制調速系統中。

2.轉差率控制的基本概念

由電力拖動的基本方程式：

（1-1）

根據基本運動方程式，控制電磁轉矩Te就能控制dt。因此，歸根結底，控制調速系統的動態性能就是控制轉矩的能力。

圖1異步電動機穩態等效電路和感應電動勢

電磁轉矩關系式：

（1-2）

由圖1.1異步電動機穩態等效電路圖可知：

（1-3）

將（1-3）代入（1-2）中得：

（1-4）

將電機氣隙電動勢

代入式（1-4）得

（1-5）

令并定義為轉差頻率，其中：

為電機的結構常數，則式（1-5）可化為：

（1-6）

當電機穩定運行時，S值很小，可以認為，則轉矩可近似表示為：

（1-7）

上式表明，在S很小的穩定運行范圍內，如果能夠保持氣隙磁通不變，則有，從而控制了轉差頻率就相當于控制了轉矩。

3.轉差率控制規律

上面只是近似地找到了轉矩與轉差角頻率的正比關系，可以用它表明轉差角頻率控制的基本概念。但是這一正比關系必須有兩個條件才能成立：首先轉差角頻率必須較小，即控制系統必須對限幅，使其滿足（5）式中，。這是轉差角頻率控制的基本規律之一。對限幅的功能由轉速調節器實現。第2個條件是氣隙磁通必須保持恒定。異步電動機可以控制的量是定子電流I1，而I1中包含勵磁電流分量I0和負載電流分量I'2，只有保持勵磁電流分量I0恒定，才能使氣隙磁通恒定。而I0和I'2均難以直接測量，若能找到I0，I1和間的函數關系，當負載改變引起變化時，只要調節I1，使I0維持不變，問題便可以解決了。

通過電流調節器控制定子電流，以保持Φm恒定。另一路按ωs+ω=ω1產生對應于定子頻率ω1的控制電壓Uω1，決定逆變器的輸出頻率。

4.仿真模型的搭建及參數設置

電機額定有功Pn=2238wW，額定電壓Un=220v，額定頻率fn=50Hz，定子電阻Rs=0.435Ω，定子漏感L1s=0.002H，轉子電阻R'r=0.816Ω，轉子漏感L'1r=0.02H，電機定轉子互感Lm=0.069H，電機轉動慣量J=0.089Kg.m2，摩擦系數F=0.05N.m.s，電機極對數p=2。

圖2是轉差頻率間接矢量控制的調速系統仿真模型，下面介紹各部分的建模及參數設置過程。

仿真給定的定子轉速為1400r/min時的空載啟動的過程，其中電機的參數與第二章的相同。該系統是一比較復雜的系統，收斂是仿真計算過程中經常出現的問題，對比各種計算方法，在啟動0.35s時加載T=65N.M。

在仿真結果中，反映了在起動和加載過程中，異步電動機的轉速，電流，和轉矩的變化過程。在起動中逆變器輸出電壓（線電壓）逐步提高，轉速不斷上升，電流基本保持不變，異步電動機以給定的最大電流啟動，在0.18秒時，轉速稍有超調后就穩定在1400r/min，電流也下降為空載電流，逆變器輸出電壓也減小了。電動機在加載后，電流和電壓迅速上升，電動機轉矩也隨之增加，轉速在略經調整后恢復不變。也反映了電動機在啟動過程中定子繞組產生的旋轉磁場的變化狀況。還反映了各個控制模塊輸出信號波形的變化狀況，經過2r/3s變換后的三相調制信號的幅值和頻率在調節過程中是逐步增加的隨頻率的增加轉速逐步提高，信號幅值的提高，保證了電動機電流在啟動過程中保持不變。此外，電動機在零狀態啟動時，電動機磁場有一個建立過程，在建立的過程中，磁場的變化是不規則的，這可引起轉矩的大幅度變化。由仿真波形圖可見，通過矢量控制使電動機保持了恒轉矩啟動，并且改變ASR的輸出限幅it*，最大轉矩可以調節，為了減少仿真需要的時間，仿真中可以減小電動機的轉動慣量，但是，過小的轉動慣量，容易使系統發生振蕩。

5.結論

交流變頻調速的方法是異步電機最有發展前途的調速方法。隨著電力電子技術、計算機技術和自動控制技術的不斷發展，交流電機變頻調速已經逐步取代直流電機調速，并經歷了采用電壓頻率協調控制、轉差頻率控制、矢量控制以及直接轉矩控制的發展過程。其中，轉差頻率控制技術的采用，使變頻調速系統在一定程度上改善了系統的靜態和動態性能，同時它又比矢量控制方法簡便，具有結構簡單、容易實現、控制精度高等特點，廣泛應用于異步電機的矢量控制調速系統中。

參考文獻

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作者簡介：張明菊（1983—），女，重慶科創職業學院助理實驗師，研究方向：自動控制。