精品基于SVPWM异步电动机毕业论文-定(2)

速相媲美。现代电子技术(包括大规模集成电路技术、电力电子技术和计算机技术)

的飞速发展、电动机控制理论的不断完善以及计算机仿真技术的日益成熟，极大

的推动了交流电动机变频调速技术的发展[2]。

电气传动是现代最主要的机电能量变换形式之一。在当今社会中广泛应用着

各式各样电气传动系统，其中许多机械有调速的要求：如车辆、电梯、机床、造

纸机械、纺织机械等等，为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要调速的另一

类设备如风机、水泵等为了减少运行损耗，节约电能也需要调速。如果根据原动

机来分类，那么原动机是直流电动机的系统称之为直流电气传动系统；反之原动

机是交流电动机的系统，则称之为交流电气传动系统。如果根据转速的变化情况

来分类，电气传动系统又可分为恒速电气传动系统和变速电气传动系统两大类。

在上世纪80年代以前，直流传动是唯一的电气传动方式。这是因为直流电动机调

速方便，只要改变电机的输入电压或励磁电流，就可以在宽广的范围内实现无级

调速，而且在磁场一定的条件下它的转矩和电流成正比，从而使得它的转矩易于

控制、转矩的调节性能和控制性能比较理想。但是，在直流电气传动系统中，由

于直流电动机本身在结构上存在严重的问题，它的机械接触换向器不但结构复杂，

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制造费时，价格昂贵，而且在运行中容易产生火花，特别是由于换向器强度不高

等问题的存在，直流电动机无法做成高速大容量的机组；此外由于电刷易于摩擦

等问题存在，在运行中需要有经常性的维护检修，以上这些缺陷就造成了直流电

气传动不尽理想。1885年交流鼠笼型异步电动机的问世打破了直流传动作为唯一

电气传动方式的局面。由于它结构简单、运行可靠、价格低廉而且坚固耐用，惯

量小，便于维修，适用于恶劣环境等特点，使其在工农业生产中得到了极广泛的

应用。但是交流电动机调速比较困难，而且其调速性能(调速范围、稳定性或静差、

平滑性等)却无法与直流调速系统相媲美，因此这些电机绝大部分都是恒速运行

的。早在19世纪30年代，国外就开始研究各种交流电机变速传动。在早期采用

的主要是绕线式异步电动机转子外串电阻和鼠笼型异步电动机变极调速。后来在

50年代异步电动机定子串饱和电抗器的调速方法也有了一定的发展。由于受电机

结构和制造工艺的限制，变极调速通常只能实现两三种极对数的变换，不能做到

连续地调节速度，调速范围和极数都非常有限。此外还可以依靠改变定子电压(改

变电源电压或定子串阻抗)，或绕线型电动机转子串电阻，或带有转差离合器的异

步电机调节励磁电流都可实现变转差率调速。但是电机的损耗与转差率成比例地

增大，效率随转速的降低而降低，由于电机在高转差、低转速下运行特性恶化，

使实际可行的调速范围受到限制。在60年代大功率半导体变频装置的问世开创了

电力电子技术发展的新时代，这种半导体电力电子器件具有体积小、价格低、坚

固耐用、性能良好等优点，通过使用它可以连续地改变电源频率，十分理想地实

现交流电动机的无级调速，从而使交流电机调速技术飞跃发展。尤其是70年代以

来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，新型电力电子器件的出现，以及

先进控制理论(如自适应控制、模糊控制、神经网络控制等)等的应用，为交流电

力拖动的开发进一步创造了有利条件。如今交流调速领域相当活跃，新技术层出

不穷。目前，交流调速系统正向集成化、实用化、智能化方向发展。诸如交流电

动机的串级调速、各类型的变频调速、无换向电动机调速，特别是矢量控制技术、

直接转矩控制技术的应用，使得交流调速逐步具备了宽调速范围、高稳速精度、

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快动态响应等良好的技术性能。原来的交直流拖动分工格局被逐渐打破，在各工

业部门用可调速交流拖动取代直流拖动己指日可待，特别是在世界能源紧张、能

源费用高涨的今天，交流调速技术作为节约能源的一个重要手段，引起了人们的

高度重视。总之，交流调速技术的应用有着广阔的前景，随着生产技术的不断发

展，交流调速逐步代替直流调速的时代己经到来[3]。

1.2 矢量控制

当前异步电动机调速总体控制方案中，V/F控制方式是最早实现的调速方式。

该控制方案结构简单，通过调节逆变器输出电压实现电机的速度调节，根据电机

参数，设定V/F曲线，其可靠性高。但是，由于其速度属于开环控制方式，调速

精度和动态响应特性并不是十分理想。尤其是在低速区域由于定子电阻的压降不

容忽视而使电压调整比较困难，不能得到较大的调速范围和较高的调速精度。矢

量控制是当前工业系统变频应用的主流，它是通过分析电机数学模型对电压、电

流等变量进行解耦控制而实现的。针对不同的应用场合，矢量控制系统可以分为

带速度反馈的控制系统和不带速度反馈的控制系统。矢量控制变频器可以对异步

电动机的磁通和转矩电流进行控制和检测，自动改变电压和频率，使指令值和检

测实际值达到一致，从而实现了变频调速，大大提高了电机控制静态精度和动态

品质。转速精度约等于0.5%，转速响应也较快。采用矢量变频器一般电机变频调

速三可以达到控制结构简单、可靠性高的效果，主要表现在以下几个方面[4]：

（1） 可以从零转速起进行控制，因此调速范围很广；

（2） 可以对转矩实行较为精确控制；

（3） 系统的动态响应速度快；

（4） 电动机的加速度特性好。

1.3 研究内容

本课题用MATLAB/SIMULINK软件搭建数学模型仿真实现SVPWM变频调速

矢量控制系统的仿真：

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1、从矢量控制的思想出发,在坐标系和矢量控制技术的基础上,针对多变量、

非线性、强耦合的异步电动机系统，使用按转子磁场定向的方法来建立系统的数

学模型。

2、在MATLAB的SIMULINK对电机模型、电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)、SVPWM

变频调速矢量控制系统进行仿真，验证该系统的可行性和可靠性。

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第二章 异步电动机的多变量数学模型

一般来说，交流变速传动系统，特别是变频传动系统的控制是比较复杂的，

要设计研制一个品质优良的系统，要确定最佳的控制方式，都必须对系统的静态

和动态特性进行充分的研究。交流电机是交流变速传动系统中的一个主要环节，

其静态和动态特性以及控制技术远比直流电机复杂，而建立一个适当的异步电机

数学模型则是研究交流变速传动系统静态和动态特性及其控制技术的理论基础。

2.1 异步电动机在三相坐标系上的数学模型和性质

2.1.1 异步电动机在三相坐标系上的数学模型

异步电动机是一个高阶、非线性和强耦合的多变量系统。这是因为首先异步

电动机在进行变频调速时，电压和频率之间必须进行协调控制，故输入变量有电

压和频率。而在输出变量中，除转速以外，由于在调速过程中必须保持磁通为恒

定，所以磁通也是一个控制量，而且是 …… 此处隐藏：2373字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……