电气工程专业外文翻译-在MatlabSimulink中基于三相交流异步电动机的建模与仿真的变频调速控制（含外文原文）.doc

外文文献为PDF格式，下载后双击即可打开另存在Matlab/Simulink中基于三相交流异步电动机的建模与仿真的变频调速控制张叔平，鲍恩鹏，丹尼尔.马修斯，阿明Gholamzadeh电气与电子工程学院，曼彻斯特大学商学院英国曼彻斯特电子邮件：S，，daniel.matthews-2，amin.gholamzadehstudent.manchester.ac.uk，摘要-关于三相交流异步电动机的数学模型是一个高阶的、非线性和多变量强耦合系统。实际上因为其复杂的动态和静态性能，所以很难去控制其转速和磁链。由于以上原因，就需要一个解耦和优化型的电动马达。在本文中，我们将实现由部分坐标模型的转换解耦，和基于可变电压异步电动机和变频（VVVF)的数学模型vis-a-vis。I. 介绍 一个三相交流异步电动机的同步转速取决于电源频率和极对数1，因此，改变频率的同时，转速也会发生变化。此外，与负载相连的转子的实际旋转速度将比同步转速下的定子旋转速度慢2。这两个速度之间的差异与电动机的负载有关。此外，在这过程中所控制的电机，在每个极中保持磁通不变至关重要，因而如果其太低，铁芯内将不能有效的利用并且时间长后会对输出转矩有负面影响。而如果太高，铁芯将会饱和，从而产生一个过度大励磁电流，可能会损坏整个系统3。我们都知道，一个异步的磁通电动机是由磁动的组合产生定子和转子的力量。因此该控制目标可以通过综合治理实现所述电动机的电动势和电子的频率。为实现这两个变量的统一的目标，我们需要增加电源的电压以补偿在该定子上的电压降，这是电动机变频调速的控制。在本文中，变频调速的仿真和验证控制技术将被应用到构建的模型三相交流异步电动机。首先，我们将重点建设的数学模型在第2节然后模拟该模型在Matlab/ Simulink中的第3节。最后，基于实验的验证也将以检查其有效性和精度给出。II. 异步电动机的数学模型从电动机的结构观察，很明显该输入是所述三相电压和输出分别是定子的三相电流，旋转速度，转子磁通，转子磁链的角度。因此，对于这样的高次，非线性和多变量强耦合系统对退耦是非常有效的。我们可以把坐标系三相到两相静止坐标系，然后这个新的坐标系中模拟其数学模型4。我们可以把坐标系转换到三相到两相静止坐标系，然后在这个新的坐标系中模拟其数学模型。在两相绕组，相垂直相位在空间和时间两个域，它们均表示两相均衡电流。因此，旋转磁动力将生成。当旋转磁动力的大小，并在三相的转速和两相的电路是相同的，可以保证它们相当于对方。我们假设A相一致与相位和分别各相的匝数是N3和N2为三相两相系统。因此，除磁动力，电流的关系，以及匝数可以如下简化： F=IN (1) 为了得到电动机在静止坐标系统的数学模型中，首先，我们需要使用Park变换（如下所示），和三相电压（假设Ua，Ub和Uc）转换到两相电压abc（假设U和U）。 （2） 三相交流异步电动机的数学模型可以在电压方程，磁链方程，转矩方程计被构造和运动学方程5;我们表示这些变量如下： Te：电磁转矩 Tl：负载转矩 W：转子的角速度 LM：转子的互感 RS：电阻定子 LS：自感定子 RR：电阻转子 LR：自感转子 np：对极对数 W：转动惯量 以这种方式，可以构造一系列套三相交流异步电动机的数学模型的方程。电压方程： （3）磁链方程： （4）扭矩公式： （5）运动学方程： （6）电流变化公式： （7） 用电压，电流和磁链的方程，异步电动机的模型可以构造。现在，首先，我们需要在下面的新形式写这两套方程： (8) (9) (10) (11) (12) (13) 代（12）到（8），并消除得到： （14） 我们可以假设： （15） 此外，用（13）代入（9），和消除得到： （16） 这两个方程是在新的坐标系中相关的异步电动机的数学模型。 III. 数学模型模拟研究SIMULINK 在模拟的过程中，我们充分利用发电机在Matlab/ Simulink中的模块6，构建一个三相交流异步电动机的模型。在这里，我们采用变频调速的方法闭环控制和输入所需的所有数据7。然后，该系统的模拟电路已经构建如下。 图1. 电动机的基础上VVVF1.系统模拟电路 其中仿真时间设定为1秒8，并且算法是ode23tb。执行该程序后，输出变量，得到的电流，转速，扭矩和线电压的序列中显示在图2。 图2. 基于Matlab/ Simulink的电动机的电流，转速，扭矩和线电压的模拟 在该仿真中，我们还采用滑动频率控制技术。因此，当滑动是小的，近似能够实现转矩的表达： （17） 从这个表达式中，很显然，在这种情况下，电动机的转矩大致正比于它的滑移角频率。因此，我们可以通过该主磁通是恒定的条件下，被扭曲的转差频率控制的转矩。为了保持不变，我们需要确保这是不变的。因此，条件是是常数下，我们可以增加我们对幅度补偿的定子的电压降的损失，实现这一目标。定子的旋转速度1300转/分，我们使用旋转速度的反馈在反馈控制回路中的被减数，并将其发送到将ASR控制回路，这是一个PID控制器的输出转差频率。转差频率被添加到一个给定的定子频率，它是异步电动机经由A的函数的PWM电压源逆变器的控制因素。V / F控制模块的结构可以阐述如下： 图3. V / F控制内部结构的模块封装当时间t= 0.5秒，10牛顿米的转矩设定模块中的扭矩将被转移到20nm和将用作负载的转矩。因此三相电流，转速，扭矩的结果，线电压可以得出，如下所示： 图4. 三相电流，转速，扭矩，线电压的成果显然，转矩的值已被改变，并有轻微的变化后的旋转速度返回到其原始值。在频率控制环路中，以旋转速度，这是VVVF差频的闭环控制的最显著优点频率变化。然而，如果旋转速度信号不能被精确地检测，或者如果存在任何分心，会发生的频率误差，因此所有这些错误和干扰已被无衰减通过正反馈回路发送到频率控制信号。 IV.实验验证和分析 文本编辑已完成之后，将纸张准备的模板。通过使用另存为命令复制的模板文件，并使用您的发布会纸张的名称规定的命名约定。在这个新创建的文件，突出显示所有的内容，并导入准备好的文本文件。你现在准备好你的样式文件;使用向下滚动窗口中的微软Word格式工具栏的左侧。仿真和分析之后，我们需要验证这个模型和系统通过实用的实验。该实验过程可以概括与六个步骤： 1、检查系统的任何短路或开路,调整，并根据相应的参数连接的示波器。 2、确保参数根据正确的设置设定，并保持电位中的位置处的频率是最小的。接通电源后，并调整三相电压调节器，直到电压达到一个350 V的近似值。 3、检查和调试程序，然后在系统上运行。 4、调节电位器，以调整所述电机的频率。 5、随着频率的变化，记录在示波器上显示的波形的变化。 6、关掉马达，示波器等设备。 该实验的波形如下所示： 图5. 实验结果 另外，在上述图中，粉红色曲线表示电流波形，和黄色曲线表示电压的PWM波形。 图11（I）中，仅在当前波形已被示出，而图11（）和（）显示当前和PWM的瞬态行为。最后图显示，当两者都稳定的局面。根据这些图，可以看出，目前的波形不是一个完美的正弦波由于在PWM波的产生。总体而言，我们建为三相交流异步电动机的基本模型是有效的，并且可以反映的本质特征。 V. 结论 总之，本文给出了三相交流异步电动机通过其基本物理模型的数学模型和一组实用的参数的建设。然后，使用软件Matlab / Simulink环境模型的模拟。为了简化模型，我们利用由供给的模块Matlab / Simulink环境。最后，核查实际试验后，有效性和这个模型及其选择的参数稳定性都得到了证实。 参考文献1G.佳Y.苏，研究异步电动机软起动器的磁性可控电抗器。电力电子技术的分布式发电系统，pp.549-552，20102 F.政，孙胜男等人，研究大型异步电动机启动检查辅助电源系统。动力与能源工程会议，pp.1-4，20103 J.曹G.佳等大型异步电动机的设计软起动器基于智能磁控制。智能控制与信息处理，pp.353-356，20104 C.周，L. 高等，设计并实现了电机的选择专家缝纫机基于UML的系统。2009年电子测量，包换和仪器第九届国际会议，pp.4-1069-4-1073，2009年5 J.邓，郑S.等人，三相电机堵转保护电路的基础上OrCAD的软件。电力分配，pp.1-6，20106 J.周和R.张，智能电动机保护装置的基础上简化热效应模型设计。在机械自动化和控制2011年第二次国际会议工