异步电动机转差频率矢量控制系统仿真

异步电动机转差频率矢量控制系统仿真

摘要:异步电动机本身是一个非线性、强耦合、高阶次的控制对象,经典的交流电机理论和传统的控制系统分析方法不能完全适用于异步电动机分析。采用矢量控制策略,按转子磁场准确定向控制,转速采取转差频率控制,电动机定子电流频率始终跟随转子的实际转速同步升降,使转速的调节更为平稳。

关键词:异步电动机矢量控制转差频率

因其结构简单、体积小、重量轻、价格便宜、维护方便等特点,异步电动机在生产和生活中得到广泛的应用。随着新型电力电子元件的出现,使得异步电动机的调速成为可能。但异步电动机本身是一个非线性、强耦合、高阶次的控制对象,经典的交流电机理论和传统的控制系统分析方法不能完全适用于异步电动机分析。

本文将矢量控制与转差频率控制相结合,在转速变化过程中,电动机的定子电流频率始终跟随转子的实际转速同步升降,使转速的调节更加平滑。

1 异步电动机转差频率矢量控制系统

转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的原理如图1所示。该系统主电路采用SPWM电压型逆变器,这是通用变频器常用的方案。转速采用转差频率控制,即异步电动机定子角频率由转子角频率和转

差角频率组成,即:(如图1)

由式(2)～式(4)可以看到,保持不变时,定子电流的转矩分量可以控制电动机转矩,同时也可以控制;定子电流的励磁分量可以控制转子磁链的大小。如保证磁通不变,则,由式(4)可得:

2 仿真系统模型

系统的控制部分由给定、PI调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM脉冲发生器等环节组成。其中给定环节有定子电流励磁分量和转子速度。

3 控制系统仿真

电动机和变频器的参数如表1所示。

由表1知,电动机定子绕组自感Ls= Lm+L1s=(0.069+0.002)mH=0.071mH;电动机转子绕组自感Lr=Lm+L1r=0.071mH;电动机漏磁系数=0.056;转子时间常数=0.071/.816=0.087。

电动机给定转速1400r/min。在启动后0.45s加载TL=65N·m。选择固定步长算法ode5,步长为10-5。仿真结果如图2所示。

图(a)反映了启动和加载过程中的转速响应。在启动中,逆变器输出电压逐步提高,转速上升,在0.39s时,转速稍有超调后稳定在1400r/min。图(b)反映了电动机电磁转矩。电动机在加载后电压和电流迅速上升,电磁转矩也随之增加,在0.45s发生变化并最终稳定在65N·m。

4 结论

从搭建的仿真系统的仿真结果可以看到,采用转差频率控制的矢量控制系统具有良好的控制性能,异步电动机的转速上升过程平稳。同时,通过转差频率控制,使电动机保持了最大转矩启动,并且通过改变ASR的输出限幅可以调节最大转矩。该方案具有较高的准确性和

可靠性,为异步电动机的调速控制提供了理论基础。

参考文献

[1] 王兆安,黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2] 毛利军,索娜.三相异步电动机的调速方法[J].郑州铁路职业技术学院学报,2008,20(2):15～16.

[3] 丁辉,胡协和.交流异步电动机调速系统控制策略综述[J].浙江大学学报,2011,45(1):50～58.