【摘要】本文對轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析和仿真。使用matlab中的仿真工具箱simulink為基于轉(zhuǎn)差矢量控制的異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)建立了仿真模型，給出了仿真結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】matlab仿真模型；simulink轉(zhuǎn)差頻率；矢量

1.引言

頻調(diào)速的方法是異步電機最有發(fā)展前途的調(diào)速方法。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速已經(jīng)逐步取代直流電機調(diào)速，并經(jīng)歷了采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程。其中，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的采用，使變頻調(diào)速系統(tǒng)在一定程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能，同時它又比矢量控制方法簡便，具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、控制精度高等特點，廣泛應(yīng)用于異步電機的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)中。

2.轉(zhuǎn)差率控制的基本概念

由電力拖動的基本方程式：

（1-1）

根據(jù)基本運動方程式，控制電磁轉(zhuǎn)矩Te就能控制dt。因此，歸根結(jié)底，控制調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能就是控制轉(zhuǎn)矩的能力。

圖1異步電動機穩(wěn)態(tài)等效電路和感應(yīng)電動勢

電磁轉(zhuǎn)矩關(guān)系式：

（1-2）

由圖1.1異步電動機穩(wěn)態(tài)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(zhuǎn)差頻率，其中：

為電機的結(jié)構(gòu)常數(shù)，則式（1-5）可化為：

（1-6）

當(dāng)電機穩(wěn)定運行時，S值很小，可以認(rèn)為，則轉(zhuǎn)矩可近似表示為：

（1-7）

上式表明，在S很小的穩(wěn)定運行范圍內(nèi)，如果能夠保持氣隙磁通不變，則有，從而控制了轉(zhuǎn)差頻率就相當(dāng)于控制了轉(zhuǎn)矩。

3.轉(zhuǎn)差率控制規(guī)律

上面只是近似地找到了轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差角頻率的正比關(guān)系，可以用它表明轉(zhuǎn)差角頻率控制的基本概念。但是這一正比關(guān)系必須有兩個條件才能成立：首先轉(zhuǎn)差角頻率必須較小，即控制系統(tǒng)必須對限幅，使其滿足（5）式中，。這是轉(zhuǎn)差角頻率控制的基本規(guī)律之一。對限幅的功能由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器實現(xiàn)。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(fù)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(shù)關(guān)系，當(dāng)負(fù)載改變引起變化時，只要調(diào)節(jié)I1，使I0維持不變，問題便可以解決了。

通過電流調(diào)節(jié)器控制定子電流，以保持Φm恒定。另一路按ωs+ω=ω1產(chǎn)生對應(yīng)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(shù)設(shè)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(zhuǎn)子電阻R'r=0.816Ω，轉(zhuǎn)子漏感L'1r=0.02H，電機定轉(zhuǎn)子互感Lm=0.069H，電機轉(zhuǎn)動慣量J=0.089Kg.m2，摩擦系數(shù)F=0.05N.m.s，電機極對數(shù)p=2。

圖2是轉(zhuǎn)差頻率間接矢量控制的調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，下面介紹各部分的建模及參數(shù)設(shè)置過程。

仿真給定的定子轉(zhuǎn)速為1400r/min時的空載啟動的過程，其中電機的參數(shù)與第二章的相同。該系統(tǒng)是一比較復(fù)雜的系統(tǒng)，收斂是仿真計算過程中經(jīng)常出現(xiàn)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(jié)果中，反映了在起動和加載過程中，異步電動機的轉(zhuǎn)速，電流，和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速稍有超調(diào)后就穩(wěn)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(zhuǎn)矩也隨之增加，轉(zhuǎn)速在略經(jīng)調(diào)整后恢復(fù)不變。也反映了電動機在啟動過程中定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)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(jīng)過2r/3s變換后的三相調(diào)制信號的幅值和頻率在調(diào)節(jié)過程中是逐步增加的隨頻率的增加轉(zhuǎn)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(tài)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(guī)則的，這可引起轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩啟動，并且改變ASR的輸出限幅it*，最大轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)，為了減少仿真需要的時間，仿真中可以減小電動機的轉(zhuǎn)動慣量，但是，過小的轉(zhuǎn)動慣量，容易使系統(tǒng)發(fā)生振蕩。

5.結(jié)論

交流變頻調(diào)速的方法是異步電機最有發(fā)展前途的調(diào)速方法。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，交流電機變頻調(diào)速已經(jīng)逐步取代直流電機調(diào)速，并經(jīng)歷了采用電壓頻率協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制的發(fā)展過程。其中，轉(zhuǎn)差頻率控制技術(shù)的采用，使變頻調(diào)速系統(tǒng)在一定程度上改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能，同時它又比矢量控制方法簡便，具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、控制精度高等特點，廣泛應(yīng)用于異步電機的矢量控制調(diào)速系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)

[1]楊馥華.異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計平臺研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，2012.

[2]曹玉泉.變頻調(diào)速異步電動機的轉(zhuǎn)差率[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，2006.

[3]盧建銀.三項異步電動機輕載降壓節(jié)能理論分析及其matlab仿真實現(xiàn)[J].太原科技大學(xué)學(xué)報，2011，7.

[4]張振濤.電動機挖掘機智能控制系統(tǒng)[J].東北大學(xué)學(xué)報，2010，6.

[5]張殿龍.不可見軸三相異步電動機轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)速的微機測試[J].煤炭技術(shù)，2001，5.

[6]吳萬祿.基于matlab鼠籠異步電動機特性的研究與仿真[J].Proceedings of 2010 International Conference on Broadcast Technology and Multimedia Communication （Volume4）.

[7]趙志科.鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子斷條故障診斷及其應(yīng)用研究[J].河南理工大學(xué)學(xué)報，2011.

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