电力拖动课设解析

1、电九鸟电&工程曇忆电力施劭披制*矩程殺针设计题目异步电机控制系统指导老师班 级姓 名学 号评分一览表:评分项目评分等级优良中及格不及格设计水平综合运用知识能力写作水平总体评价总分:学生签字：指导老师签字：目录:一、异步电机的数学模型4二、矢量控制系统原理8三、PI参数整定原则9四、矢量控制系统模型及其性能分析10五、异步电机其他传统控制模型14六、参考文献171.异步电机的数学模型1.1静止三相坐标系系数学模型图三相异步电机物理模型(1) 三相定子的电压方程可表示为:(2-1)atUr = % + dtc lc dt方程中，5、Ur、为定子三相电ffi； iA. iR. ic为定子三相电流；性

2、、 %、0C为定子三相绕组磁链；斤为定子各相绕组电阻。三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为：匕(2-2)方程中，Ua. 5、/为转子三相电压为转子三相电流；屮、 必、汽为转子三相绕组磁链；为转子各相绕组电阻。V/厶wAicLm必LbaLrbLbcLpb订屮CbLyLgSic%L“%5lac$Sb厶5Ia(2-3)(2) 磁链方程为：式中，厶是6X6电感矩阵，其中对角线元素厶“ LbbLcc . 5、厶八Lcc 是各有关绕组的自感，其余各项则是绕组间的互感。(3) 电磁转矩方程为:(2-4)式中，竹为电机极对数,&为角位移。(4) 运动方程为:(2-5)式中，7；为电磁转矩；7；为负载转矩；e

3、为电机机械角速度；丿为转动惯 量。1.2坐标变换定子旋转磁场可以山通常的三相定子绕组通入对称的三相交流电流产生( 静止的三相“ b, b系统)，也可以由定子两相绕组产生(静止的*乩0系 统)，还可以用直流励磁绕组产生固定磁场而把“定子”旋转起来产生(旋转的 d, q, 0系统)，对产生旋转磁场的这些不同形式的绕组可以相互替换而不影响电机的转矩，转速。这种绕组的替换从数学上看是同一个旋转磁势在不同坐标 下的不同表示方法，这种替换过程就是坐标变换。假定变换前后的功率不变，在变换前后磁势不变的总约束条件下，让三相 绕组与两相绕组的有效匝数可以不等，可以得到a、b、c-a、队0的变换。=N NJb c

4、os 彳 Wc cos 彳=N3(iA-LiB 一扣=NJb si彳一 Ng sin 彳= 他仇-Q)Nk =按照变换前后总功率不变，匝数比为 冬= 写成矩阵形式M 亍2_V321根据a、队0与d、q、0之间的变换关系可以得到a、b、cd、q、0的变换 矩阵为cos 8-sin&1L逅cos(-240) sin(8 240。)11.3异步电机在d、q、0坐标系下的数学模型定子电压方程在d、q、0坐标系下的表达式为:0Rs +LsP0+0Rs+L“pZO.vRs+LsP0fnL,nP000 h转子电压方程在d、q、0坐标系下的表达式为:0O_0Zzir+如0-叽03.0R+Lrp0尺+厶刃启电磁

5、转矩在d. q、0坐标系下的表达式为:TfLJiqgidQ14异步电机在M、T坐标系下的数学模型上述变换中取异步电机以同步速旋转的d轴，这对异步电机是没有实际 意义的。于是把d轴取在转子综合磁链矢量屮r的轴线上，并称之为M轴，超 前于它90。的q轴称之为T轴。M、T坐标系也是d、q、0坐标系的一种，所以 之前的方程也都适用。零序分量对电磁转矩不起作用，加上对称三相系统不存在零序分量，所以 可以忽略零序分量。用M、T取代d、q,可以得到M、T坐标下的电压方程：%Rs+LsP厶L肿ltTs令厶Rs Up叽L肿llMrGp-叽R+Lp- 厶如_叽Lmp.hr _M、T坐标下的磁链方程:z050 20

6、厶05hs%0厶0(wr_ 050L-)Tr -由于M轴取在匕 的轴线上，所以屮血=屮八r=0o由于笼型异步机及滑环 短接的绕线式异步机转子绕组端电压都为零，即怙=吟=。，可以简化为:Rs+Dp厶LmP-厶”I MaUTs0厶Rs+LsP厶”knPhs0gp0n00 _叽034Rr _.hr _电机转矩表达式为:山电圧和磁链的表达式可解得于是转子磁链$.=2.矢量控制系统原理2. 1矢量控制基础异步电机在M、T坐标系下的主要公式为:T = np-ilsi/r7 + 16?=何一这与直流电动机的数学模型极为相似，主要差别在于直流电机的匚、仃是 从定、转子分别输入可独立控制的，而异步电机的/、h是

7、同一个定子综 合电流“的两个分量。若将两个分量做到分别独立控制，则异步电机特性与 直流机相同，实现矢量控制。2. 2控制原理从异步电机等效直流机模型可以看出，M、T坐标系下，异步电机转子磁 链只和M轴上的定子电流激磁分量Rs有关，电磁转矩则和转子磁链力 及T轴的定子电流转矩分量认有关。由于H、T相互垂直，心和鼻已经 解除耦合相互独立，因此可以对两个电流实现独立的控制。在基频以下 调速时，控制认使儿保持恒定，通过对去的控制就能控制电机的输出 转矩，从而实现调速。2. 3实现方法电机最终需要的是a, b,c坐标系下的电压电流，需要将iTs. iMS在电机 中得以实现。对于变压、变频两环节分离的交-

8、直-交系统，则把认、乩经过K/P变soturaiionIntegratorLimitecSccpe3图3-2速度环ASR 通过查阅文献知，转速闭环控制框图如下：I(27V4 2&4-1)( + 1)其中Tf很小，可以忽略高次项，合并小惯性环节可得到转速开环的传函为:W(沪 W)Jts2(Ts + )根据1【型系统整定原则，选择：r = hT心_力+ 177 - 2/rT2 K _皿 + 1)2hT实际中根据系统性能确定合适参数，使其具有较快的响应和较小的超调。选 择 Gl=50, G2=1.5o4. 矢量控制系统模型及其性能分析所选异步电机参数为：容量 Pn二 4.7KW电压 Un=380V

9、频率 fn=50Hz定子绕组电阻Rs二0. 435Q定子绕组漏感Lis二0. 002H转子绕组电阻Rr二0. 8160转子绕组漏感Llr二0. 002H互感 5二0. 069H转动惯量 J=0. 19Kg*m2摩擦系数F二00081极对数p二2 空载启动，给定转速1400r/min, 0. 5s时加载TL=65N*M,仿真结果如下:1- A1亠. 1 1图4-2电磁转矩图2上E3爲西旨弋4 CM图4-3电机转速图Q n- XVIES爲爲呂戈图4-4转速局部放大图从图中可以发现实际转速和给定值间其实是有微小偏差的，这是山于运行时 间太短，ASR中的积分器无法退饱和导致，若增长时间可做到无误差。a psis- x图4-5加载稳定后的定子磁链轨迹Time offset: 0 X50050图4-5三相定子电流图负载扰动时系统性能：kw OtMt I03s时山空载加载TL=65N*M,转速变化不大，说明系统抗负载扰动能力 强。转速突变时系统性能：保持空载，0.5s时给定转速从1300r/min突变到 1400r/min J ! .!. j ；waHtM