异步电动机CFPWM-FOC系统仿真

异步电动机CFPWM-FOC系统仿真

摘要

矢量控制是一种优越的交流电机控制方式，它可以使交流电机取得同直流电机相媲美的控制效果。本文介绍了现代交流调速系统的概况、矢量控制的基本概念以及在三相坐标系和两相坐标系下的异步电动机的数学模型。研究了异步电动机CFPWM-FOC系统的仿真建模方法，并在此基础上应用MATLAB下的仿真工具SIMULINK软件建立了按转子磁场定向的异步电动机的数学模型。

本次设计利用SIMULINK工具做出了异步电动机CFPWM-FOC系统的仿真模型，利用仿真模型得到了PWM电压波形图、电流波形图、旋转磁场波形图、转矩波形图、转速波形图，并对仿真图进行了分析。

关键词：异步电机，矢量控制，SIMULINK，CFPWM

Asynchronous Motor CFPWM- FOC System Simulation

ABSTRACT

Vector control is a superior AC motor control, which can make the AC motor to achieve comparable with the DC motor control effects. This article describes an overview of modern AC variable speed system, the basic concepts of vector control and the mathematical model under the coordinate system of the three-phase coordinate system and two-phase asynchronous motor. The asynchronous the motor CFPWM-the FOC system simulation modeling and MATLAB simulation tool SIMULINK software application based on the mathematical model of the rotor field oriented induction motor.

The design using SIMULINK tools made the asynchronous the motor CFPWM-the FOC system simulation model, simulation model of the PWM voltage waveform, current waveform, the rotating magnetic field waveform, the torque waveform, speed waveform diagram and simulation the diagram is analyzed.

KEY WORDS: Asynchronous Motor, Vector Control, CFPWM, SIMULINK

目录

前言 (1)

第1章绪论 (3)

1.1 课题背景 (3)

1.2 交流调速系统控制技术的发展 (3)

1.3 脉宽调制技术 (4)

1.4 本章小结 (4)

第2章三相异步电机数学模型 (6)

2.1 三相异步电机的工作原理 (6)

2.2 三相异步电机物理模型 (6)

2.3 坐标变换 (9)

2.3.1 三相/两相变换 (9)

2.3.2 两相/两相旋转变换变换 (10)

2.3.3 直角坐标/极坐标变换 (11)

2.4 异步电机在二相静止坐标系上的数学模型 (12)

2.5 本章小结 (12)

第3章异步电机CFPWM-FOC研究 (14)

3.1 电流滞环跟踪控制原理 (14)

3.2 滞环宽度分析 (16)

3.3 电流滞环跟踪控制的特点 (18)

3.4 三相异步电机调速系统结构图 (18)

3.5 本章小结 (19)

第4章电流跟踪控制的SIMULINK仿真 (20)

4.1 仿真工具语言MATLAB简介 (20)

4.2 异步电机CFPWM-FOC系统仿真 (22)

4.3 仿真模型设计分析 (22)

4.4 仿真结果及分析 (26)

4.5 本章小结 (29)

结论 (30)

谢辞 (31)

参考文献 (32)

外文资料翻译 (33)

前言

直流电机虽然调速性能良好，但也存在着难以克服的弱点：调速系统稳定性差，成本高，功率低，难维护，容量、电压、电流和转速受到换相条件的制约，实际应用对环境要求很高。所以在这种环境下，交流调速应运而生，能够较好的客服直流调速难以克服的缺点，矢量控制理论于1971年由德国首先提出，此后产生了矢量控制技术，矢量控制技术可以将三相异步电机等效为直流电机，这样控制三相异步电机就等笑成了控制直流电机，从而交流调速就可以获得与直流调速系统同样的静、动态性能，开创了交流调速和直流调速相媲美的时代。[7]

交流调速技术在工业领域的各个方面应用很广，对于提高电力传动系统的性能有着重要的意义，由于电力传动系统的复杂性和被控对象的特殊性，使得对它的建模与仿真一直是研究的热点。矢量控制方法的提出，使交流传动系统在动态特性方面得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速成为可能。矢量变换控制的异步电机变频调速系统是一种高性能的调速系统，已经在许多需要高精度，高性能的场合中得到应用。

SPWM控制技术包括电压空间矢量PWM(S VPWM)控制技术(磁链跟踪控制技术)和电流跟踪PWM（CFPWM）控制技术。S VPWM控制技术以电压接近正弦波为目标，电流波形则因负载的性质及大小而异。然而对于交流电机来说，应该保证为正弦波的是电流，稳态时在绕组中通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不产生脉动，因此以正弦波电流为控制目标更为合适。电流跟踪PWM(Current Follow PWM, CHPWM)的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的SPWM 获得更好的性能。电流跟踪控制的精度与滞环的宽度有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。在实际使用中，应在器件开关频率允许的前提下，尽可能选择小的宽度。电流滞环跟踪控制方法的精度高、响应快，且易于实现，但功率开关器件的开关频率不定。为了克服这个缺点，可以采用

具有恒定开关频率到的电流控制器，或者局部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。[10]

第1章绪论

1.1 课题背景

交流调速和直流调速方案之争，长期以来一直存在。在交流电机变频调速技术发展之前，直流电机直流调速技术在理论上和实践上较为成熟，在调速场合几乎占垄断地位。由于直流传动具有卓越的调速性能，而交流传动调速性能难以满足生产要求，因此，在20世纪大部分年代里，直流传动在调速传动领域中一直占据主导地位。虽然直流电机调速性能良好，但也存在着难以克服的弱点：调速系统稳定性差，成本高，功率低，难维护，容量、电压、电流和转速受到换相条件的制约，实际应用对环境要求很高。这些都与现代调速系统要求的高可靠性、易使用性、易维护性相矛盾，因此直流电机难以适应现代传动技术的要求。[1]

正是直流调速系统的这些难于解决的缺点，促使人们着力的研究交流传动技术。1885年，世界上第一台交流电机问世。交流电机首先在不调速的领域慢慢取代了直流电机。交流电机本身是一个非线性、强耦合、高阶、多变量系统，其可控性较差。现代工业生产及社会发展的需要推动了交流调速的飞速发展，现代控制理沦的发展和应用，电力电子技术的进步，为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件。随着现代交流电机调速控制理论和电力电子变流技术的发展，特别是交流电机的调速理论的突破和调速装置的日益完善，交流电机调速技术取得突破性的进展，出现了多种类型的交流电机调速系统。近年来交流调速系统中最活跃，发展最快的是变频调速技术，在国民经济和日常生活中占据着越来越重要的地位。交流调速已经逐渐取代直流调速，成为调速技术的主体。

1.2 交流调速系统控制技术的发展

交流变频调速理论在二十世纪三十年代，就被人开始提出，到了六十年代，由于电力电子器件的发展，变频调速技术开始向实用性方面发展；到了七八十年代，变频调速技术得到推广应用，变频调速己经实现了产品化，性能不断提高，发挥了交流调速的优越性，广泛应用在各工业部门，

并且部分取代了直流调速系统；进入九十年代，数字化控制的变频调速系统获得巨大发展：先进的电机控制理论被广泛应用。

矢量控制通过坐标变换将交流异步电机模型等效为直流电动机，实现了电机转矩和电机磁通的解耦，然后分别独立调节，从而获得高性能的转矩和转速响应特性。由于以上优点，本文选择电流跟踪PWM（CFPWM)控制方案。

1.3 脉宽调制技术

以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波。由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列，这种调制方法称作正弦波脉宽调制（Sinusoidal pulse Width Modulation，简称SPWM）。[11][14]

PWM技术的发展过程经历了从最初的追求电压波形的正弦到电流波形的正弦，再到异步电机磁通的正弦；从效率最优，转矩脉动最小，到消除谐波噪声等。随着新型电力电子器件的不断涌现以及微电子技术的不断发展，变频技术也获得了飞速发展。

PWM控制技术以输出电压接近正弦波为目标，电流波形则因负载的性质及大小而异。然而对于交流电机来说，应该保证为正弦波的是电流，稳态时在绕组中通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不产生脉动，因此以正弦波电流为控制目标更为合适。电流跟踪PWM(Current Follow PWM, CHPWM)的控制方法是：在原来主回路的基础上，采用电流闭环控制，使实际电流快速跟随给定值，在稳态时，尽可能使实际电流接近正弦波形，这就能比电压控制的SPWM获得更好的性能。

1.4 本章小结

直流电机虽然调速性能良好，但也存在着难以克服的弱点：调速系统稳定性差，成本高，功率低，难维护，容量、电压、电流和转速受到换相条件的制约，实际应用对环境要求很高。所以在这种环境下，交流调速应运而生，能够较好的客服直流调速难以克服的缺点，电力电子技术是支持

交流调速的基础，而矢量控制的诞生使得交流调速可以与直流调速相媲美，随着技术的进步，脉宽调速的出现又为交流调速发的实用开辟了一条新的道路。

第2章三相异步电机数学模型

2.1 三相异步电机的工作原理

在交流电动机的定子铁心中，沿空间分布均匀分布三个绕组，每个绕组轴相互错开120度。交流异步电机的转子有两种结构形式即绕线转子和笼型转子。绕线转子中的三相绕组如同定子一样，布置在转子铁心上，并与外部相联接，笼型转子不与电源联接，转子绕组自行闭合，所以结构简单，运行可靠。

三相异步电动机旋转起来的先决条件是存在旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。当时间上按正弦变化且互差120度的三相电流通过三相定子绕组时，在气隙中将产生一个沿气隙周边呈正弦分布、并以一定角速度旋转的磁场，其电角速度与定子电流角频率相等。旋转磁场产生后，转子导条将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。这里必须注意的是，对转矩起决定作用的仅是转子电流的有功分量。

一般情况下，电动机的实际转速低于旋转磁场的转速。因为二者若相等，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动(即转差)，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子转速必然小于磁场的旋转速度。异步电动机只有在异步运行的情况下，才能实现能量变化和提供转矩。

对于交流异步电机，定子绕组输入电压相位和幅值的变化，都能够引起电机的瞬态响应。同样负载转矩的突变也会引起瞬态响应的发生，导致了电机转矩的不平衡，电机产生加速或减速，最终达到一个新的速度值。

2.2 三相异步电机物理模型

异步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，在研究其数学模型时所做的假设为：

(1) 忽略空间谐波，认为三相绕组对称，所产生的磁动势沿气隙圆周按正弦规律分布

(2) 忽略磁路饱和影响，认为各绕组的自感和互感都是恒定的

(3) 忽略铁芯损耗

(4) 不考虑频率和温度变化对绕组电阻的影响

图2-1为矢量控制中异步电机的物理模型。其中，定子三相绕组轴线

A ,

B ,

C 在空间是固定的，以A 轴为参考坐标轴，转子绕组a ，b ，c 随转子旋转，转子a 轴和定子A 轴之间的电角度θ为空间角位移变量。

图2-1 三相异步电机的物理模型

对于交流电机三相对称的静止绕组A ，B ，C ，通过三相平衡的正弦电

流A i 、B i 、C i 时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F ，它在空间呈正弦分布，以同步转速ω顺着A-B-C 的相序旋转。

由电机学可知，在两相、三相、四相等多相对称绕组中通以多相对称

电流时，都能够产生旋转磁动势，其中以两相最为简单，两相静止绕组α和β，它们在空间互差90度，通以时间上互差90度的两相平衡交流电流αi 、βi ，也可以产生旋转磁动势F ，该磁动势与三相对称的静止绕组A ，B ，C 所产生的磁动势的大小和转速都相等时，即认为二者是等效的。

两个匝数相等且互相垂直的绕组M 与T ，其中分别通以直流电流m i 和

t i ，产生合成磁动势F ，其位置相对于绕组来说是固定的。让包含两个绕组在内的整个铁心以同步转速旋转，则磁动势F 自然也随之旋转起来，成为

旋转磁动势。如果这个磁动势的大小和转速与三相对称的静止绕组A ，B ，

C 所产生的磁动势的大小和转速都相等时，也认为二者是等效的。

根据旋转磁场等效的原则，经过三相两相变换和旋转变换等矢量变换，

使三相交流电机的三相绕组和直流电机的直流绕组等效，从而能模拟直流电机控制转矩的方法对交流电机的转矩进行控制，这就是矢量变换控制。

按照上述分析，以产生同样的旋转磁动势为准则，三相坐标系下的A i 、

B i 、

C i ，静止两相坐标系下αi 、βi 和旋转两相坐标系下的直流m i 和t i 是等效的。这样，通过坐标变换，可以找到与交流三相绕组等效的直流电机模型。

图2-2 二极直流电机的物理模型

图2-2所示为二极直流电机的物理模型，它可以等效为交流三相绕组

的电机。图中F 为励磁绕组，A 为电枢绕组，C 为补偿绕组。F 和C 都在定子上，只有A 在转子上。把F 的轴线称为直轴或d 轴，主磁通的方向就在d 轴上，A 和C 的轴线则称为交轴或q 轴。由于电枢磁动势的轴线始终被电刷限定在q 轴位置上，好像一个在q 轴上静止的绕组，但由于它不切割磁力线且与d 轴垂直，故而对主磁通影响甚微，所以其主磁通基本上唯一地由励磁电流决定，使直流电动机的数学模型比较简单，这也是直流电机的数学模型及其控制系统比较简单的根本原因。

如果能将异步电动机的物理模型等效地变换成类似直流电机的模式，

分析和控制问题就可以大为简化。坐标变换正是按照这种思路进行的，而

不同电机模型之间彼此等效的原则是，在不同坐标系下所产生的磁动势相同。

2.3 坐标变换

由于异步电动机在三相坐标系下的动态数学模型具有高阶、非线性、强耦合的特性，用传统的控制方法分析和求解这组非线性方程比较困难，系统无法获得较好的控制性能。异步电机在三相坐标系下的数学模型之所以复杂，关键是由于影响磁链和受磁链影响的因素较多，因此若要简化数学模型，须从简化磁链的关系着手。观察直流电机，主磁通基本上唯一地由励磁电流决定，是直流电机地数学模型及控制系统较简单的根本原因。若将交流电机的物理模型等效地变换成类似直流电机的模式，分析和控制问题就可以大为简化。

矢量变换系统所包含的矢量变换规律有三种：

(1) 三相/两相变换(即3/2变换)

(2) 两相/两相旋转变换(2s/2r 变换)，或称矢量旋转变换(VR )

(3) 直角坐标/极坐标变换(K/P )

以上三种变换都是可逆变换。

2.3.1 三相/两相变换

三相静止绕组A 、B 、C 和两相静止绕组之间的变换，称为三相静止坐标系和二相静止坐标系α和β间的变换，简称3/2变换。

二相静止绕组α和β和三相静止绕组A 、B 、C 间的变换，称为两相静止坐标系和三相静止坐标系之间的变换，简称2/3变换。

设三相绕组(A 、B 、C )与二相绕组轴线设定如图2-4所示，α相绕组轴线与β相绕组轴线重合，都是静止坐标，分别对应的交流电流为A i 、B i 、C i 和αi 、βi 。采用磁势分布和功率不变的绝对变换，三相交流电流在空间产生的磁势与二相交流电流产生的磁势应该相等。

αB

图2-3 三相绕组与两相绕组的轴线设定

通过计算可得到三相系到两相系的变换矩阵如下：

????

??????????????????---=

??????C B A i i i i i 232302121132βα (2-1) 通过计算可以得到两相系到三相系的变换矩阵如下：

??????????????

??????????---=??????????βαi i i i i C B A 2321

23210132 (2-2)

此变换法以电机各物理量的瞬时值作为对象，不但适用于稳态，也可用于动态变换。对于各相绕组的电压和磁链，也有同样的变换，且变换矩阵与电流变换矩阵完全相同。

2.3.2 两相/两相旋转变换变换

从两相静止坐标系α和β到两相旋转坐标系M,T 的变换称为两相/两相旋转变换，简称2s/2r 变换，其中s 表示静止，r 表示旋转。把两个坐标系画在一起，得图2-5。按照磁动势等效原则，图中两相交流电流αi 、βi ，

和两个直流电流m i ,t i ,应当产生同样的以同步转速旋转的合成磁动势F 。

T

图2-4 两相静止和旋转坐标系的变换

两相/两相旋转及其逆变公式如下

??

??????????-=??????t m i i i i ????βαcos sin sin cos (2-3)

???????????

?-=??????βα????i i i i t m cos sin sin cos (2-4)

同样，电压和磁链的旋转变换阵也与电流(磁动势)旋转变换阵相同。

2.3.3 直角坐标/极坐标变换

设磁动势F 与M 轴的夹角为θ，则有 2

2t m i i i += (2-5) )arctan(t m i i =θ (2-6)

以产生相同的磁动势为准则，在三相坐标系下的定子交流电流，通过三相/两相变换，可以等效成两相静止坐标系下的交流电流，再通过按转子磁场定向的旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系下的直流电流，交流电

机就等效成了直流电机，如图2-5所示。

A

B

C 图2-5 异步电机等效成直流电机

2.4 异步电机在二相静止坐标系上的数学模型

由于各相绕组电流产生的磁动势可以按平面矢量的叠加原理进行合成和分解，所以能够用两相正交绕组来等效实际电动机的三相绕组。

磁链方程：

??????

????????????????????=??????????????22112211221100000000q d q d m m m m q d q d i i i i L L L L L L L L ???? (2-7) 电压方程：

??????????????????????????+-+-+--+=??????????????22112222221111111100q d q d m m m m m m m m q d i i i i p L R L p L L L p L R L p L p L L p L R L L p L L p L R u u λλλλ??

?

? (2-8) 转矩方程： )(2121q d d q m n i i i i L p T -= (2-9)

运动方程：

[]

L q d d q m n r T i i i i L J p dt d dt d --==)(212122ωθ (2-10)

2.5 本章小结

本章主要是介绍了解三相异步电机组成结构工作原理，学习上相异步电机的数学模型，物理模型。通过对数学模型和物理模型的学习研究，用

常用的等效电机原则对坐标变换进行分析，给出了个坐标之间变换的关系矩阵，电机的电压平衡方程，磁链方程，矢量变换公式，（3/2,2/3）等。

第3章 异步电机CFPWM-FOC 研究

3.1 电流滞环跟踪控制原理

现在以A 相电流滞环跟踪控制为例，其控制结构图如下图 3-1 所示：

图3-1 电流滞环跟踪控制A 相原理图

其中电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h ，将给定电流*A i 与输出

电流A i 进行比较，电流偏差△A i 超过±h 时，经滞环控制器（HBC ）控制逆变器 A 相上（或向下）桥臂的功率开关器件动作。B 、C 两相的原理图均与此相同。[1][2][4]

采用电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压PWM 波形，如下图 3-2所示：

图3-2电流滞环跟踪控制时的三相电流波形与相电压PWM 波形

采用电流滞环跟踪控制时，变频器的电流波形与PWM 电压波形如图3-2

所示。在t 0时刻，A i ＜*A i ，且A i =*A i －A i ≧h,滞环控制器（HBC ）输出正电

平，使上桥臂功率开关器件VT 1导通，使输出电压为正，使A i 增大。当A i 增

长到与*A i ，虽然A i ?=0，但HBC 仍保持正电平输出，VT 1保持导通，使A i 继续

增大。直到t=t 1时刻，达到A i =*A i ＋h ，A i ?=-h ，使滞环翻转，HBC 输出负电

平，关断VT 1，并经延时后驱动VT 4。但此时VT 4未必能够导通，由于电动机绕组的电感作用，电流A i 不会反向，而通过二极管VD 4续流，使VT 4受到反向

钳位而不能导通，输出电压为负。此后，A i 逐渐减小，直到t=t 2时，A i =*A i －

h ，到达滞环偏差的下限值，使HBC 再翻转，又重复使VT 1导通。这样，VT 1

与VD 4交替工作，是输出电流A i 快速跟随给定值*A i ，两者的偏差始终保持在

±h 范围内。稳态时*A i 为正弦波，A i 在*A i 上下做锯齿状变化，输出电流A i 接近

正弦波。负半波的工作原理与正半波相同，只是VT 4与VD 1交替工作。[1][6]

3.2 滞环宽度分析

采用电流滞环跟踪控制的PWM 波形，如下图 3-3所示：

图3-3电流滞环跟踪控制时的电流波

图3-3给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波形。可以看出，在半个周期内围绕正弦波作脉动变化，不论在的上升段还是下降段，它都是指数曲线中的一小部分，其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。

电流滞环跟踪控制波形的几何关系如图3-4所示：

基于MATLAB的异步电动机仿真

目录 1 引言1 2 异步电动机动态数学模型1 2.1异步电动机动态数学模型的性质1 2.2三相异步电动机的多变量非线性数学模型2 2.2.1电压方程2 2.2.2磁链方程3 2.2.3转矩方程6 2.2.4电力拖动系统运动方程7 2.2.5三相异步电机的数学模型7 3 坐标变化和变换矩阵8 3.1三相--两相变换（3/2变换）8 3.2三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型10 3.2.1三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程10 3.2.2两相静止坐标系中按定子磁链定向的状态方程11 4 软件介绍及模型实现11 4.1 Matlab/Simulink简介11 4.2模型实现12 4.2.1 Simulink模型设计12 4.2.2模型参数设置14 4.2.3仿真结果16 5 结论19 参考文献19

1 引言 1985年，由Depenbrock 教授提出的直接转距控制理论将运动控制的发展向前推进了一大步。接着1987年把它又推广到弱磁调速范围。不同于矢量控制技术，它无需将交流电动机与直流电动机作比较、等效和转化，不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型[1]。它只是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转距进行直接控制，省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算。直接转距控制从一诞生，就以新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到人们的普遍关注。 系统建模与仿真一直是各领域研究、分析和设计各种复杂系统的有力工具。建模可以超越理想的去模拟复杂的现实物理系统；而仿真则可以对照比较各种控制策略和方案，优化并确定系统参数。长期以来，仿真领域的研究重点是放在仿真模型建立这一环节上，即在系统模型建立以后，设计一种算法，以使系统模型为计算机所接受，然后再将其编制成计算机程序，并在计算机上运行。显然，为达到理想的目的，在这一过程中编制与修改仿真程序十分耗费时间和精力，这也大大阻碍了仿真技术的发展和应用。近年来逐渐被大家认识的Matlab 语言则很好的解决了这个问题。 2 异步电动机动态数学模型 2.1异步电动机动态数学模型的性质 直流电动机的磁通由励磁绕组产生，可以在电枢合上电源以前建立起来而不参与系统的动态。 过程（弱磁调速时除外）。因此，它的动态数学模型只有一个输入变量——电枢电压和一个输入变量——转速，在控制对象中含有机电时间常数m T 和电枢回路电磁时间常数l T ，如果电力电子变换装置也计入控制对象，则还有滞后的时间常数s T 。在工程上能够允许的一些假定条件下，可以描述成单变量（单输入单输出）的三阶线性系统[2]，完全可以应用经典的线性控制理论和由它发展出来的工程设计方法进行分析与设计。 但是，同样的理论和方法用来分析与设计交流调速系统时，就不那么方便了，因为交流电机的数学模型和直流电机模型相比有着本质上的区别。 1）异步电机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也得算一个独立的输出变量。因为电机只有一个三相输入电源，磁通的建立和转速的变化

基于MATLAB／SIMULINK的异步电动机仿真模型分析

基于MATLAB／SIMULINK的异步电动机仿真模型分析 作者：尚敬 作者单位：西南交通大学,610031 刊名： 电机技术 英文刊名：ELECTRICAL MACHINERY TECHNOLOGY 年，卷(期)：2002(2) 被引用次数：17次 参考文献(4条) 1.沈本荫现代交流传动及其控制系统 1997 2.陈坚交流电机数学模型及调速系统 1989 3.阮毅异步电机非线性解耦控制与矢量控制系统的解耦性质 1996 4.陈桂明应用MATLB建模与仿真 2001 本文读者也读过(3条) 1.郑修艳.曹立莉.杜冠华新型弹性蛋白酶抑制剂西维来司钠临床前药理及机制研究[期刊论文]-中国新药杂志2004,13(4) 2.贺超英.黄美成基于MATLAB/SIMULINK的鼠笼异步电动机仿真[期刊论文]-微电机2004,37(6) 3.周立求.沈记全基于MATLAB/SIMULINK的异步电动机建模与仿真[期刊论文]-电机电器技术2003(4) 引证文献(12条) 1.陈四连,林瑞全,丁旭玮异步电动机变频调速系统的MATLAB建模与仿真[期刊论文]-电工电气 2009(11) 2.李建华基于S函数的异步电机SPWM调速系统建模与仿真[期刊论文]-机电技术 2007(04) 3.韩林,赵荣祥,柳鹏基于Saber Sketch/Scope的无刷直流电机仿真分析[期刊论文]-微电机 2004(05) 4.勇娅询,刘维亭,魏海峰,陈源船舶电力推进感应电机矢量控制系统仿真研究[期刊论文]-电气自动化 2015(5) 5.朱元玉,杨先海,董敏基于MATLAB的大型动态雕塑交流调速系统建模与仿真[期刊论文]-山东理工大学学报（自然科学版） 2009(06) 6.祝敏泵用电动机技术改进研究[期刊论文]-贵州师范大学学报（自然科学版） 2013(06) 7.赵射带指针指示的数字式显示记录仪[学位论文]硕士 2004 8.刘红星异步电机自适应矢量控制系统的研究[学位论文]硕士 2007 9.姜辉电动汽车传动系统的匹配及优化[学位论文]硕士 2006 10.王宏亮纯电动汽车整车建模与仿真[学位论文]硕士 2005 11.徐鲁辉绕线式异步电动机转子变频调速性能研究[学位论文]硕士 2011 12.郭爽静止进相器的仿真研究[学位论文]硕士 2006 引用本文格式：尚敬基于MATLAB／SIMULINK的异步电动机仿真模型分析[期刊论文]-电机技术 2002(2)

异步电动机机械特性的MATLAB仿真

辽宁工业大学 实验室开放课题设计（论文） 题目：异步电动机机械特性的MATLAB仿真》 院（系）：电气工程学院 专业班级：自动化 131 学号： 0 ` 学生姓名：徐峰 指导教师：赵丽丽

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摘要 异步电动机以其结构简单、运行可靠、效率较高、成本较低等特点，在日常生活中得到广泛的使用。目前，电动机控制系统在追求更高的控制精度的基础上变得越来越复杂，而仿真是对其进行研究的一个重要手段。MATLAB是一个高级的数学分析和运算软件，可用动作系统的建模和仿真。在分析三相异步电动机物理和数学模型的基础上，应用MATLAB软件简历了相对应的仿真模型；在加入相同的三相电压和转矩的条件下，使用实际电机参数，与MALAB给定的电机模型进行了对比仿真。 第一章对异步电机的实验要求做出了相关的描述，第二章对MATLAB仿真软件做了一定的介绍，第三章是对异步电动机的机械特性、启动、制动和正反转进行理论分析和仿真模拟以及仿真结果的分析。 经分析后，表明模型的搭建是合理的。因此，本设计将结合MATLAB的特点，对三相异步电机进行建模和仿真，并通过实际的电动机参数，对建立的模型进行了验证。 关键词：异步电机、数学模型、MATLAB仿真、三相异步电动机

目录 第1章实验任务及要求 (1) 第2章 MATLAB及SIMULINK的介绍 (2) MATLAB介绍 (2) S IMULINK模块的介绍 (3) 第3章仿真实验 (4) 三相异步电动机的机械特性 (4) 三相异步电动机起动的仿真 (6) 三相异步电动机制动仿真 (8) 三相异步电动机正反转仿真 (10) 第4章总结 (12) 参考文献 (13) 附录 (14)

三相异步电动机Matlab仿真

中国石油大学胜利学院综合课程设计总结报告 题目：三相异步电机直接启动特性实验模型 学生姓名：潘伟鹏 系别：机械与电气工程系 专业年级： 2012级电气工程专业专升本2班 指导教师：王铭

2013年 6 月 27日

一、设计任务与要求 普通异步电动机直接起动电流达到额定电流的6--7倍，起动转矩能达到额定转矩的1.25倍以上。过高的温度、过快的加热速度、过大的温度梯度和电磁力，产生了极大的破坏力，缩短了定子线圈和转子铜条的使用寿命。但在电网条件和工艺条件允许的情况下，异步电动机也可以直接启动。本次课程设计通过MATLAB软件建模模拟三相异步电动机直接启动时的各个元器件上的电量变化。 参考： 电力系统matlab仿真类书籍 电机类教材 二、方案设计与论证 三相异步电动机直接起动就是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电网上。 由《电机学》知三相异步电动机的电磁转矩M与直流电动机的电磁转矩有相似的表达形式。它们都与电机结构（表现为转矩常数）和每级下磁通有关，只不过在三相异步电动机中不再是通过电枢的全部电流，而是点数电流的有功分量。三相异步电机电磁转矩的表达式为： （1-1）式中——转矩常数 ——每级下磁通 ——转子功率因数 式(1-1)表明，转子通入电流后，与气隙磁场相互作用产生电磁力，因此，反映了电机中电流、磁场和作用力之间符合左手定则的物理关系，故称为机械特性的物理表达式。该表达式在分析电磁转矩与磁通、电流之间的关系时非常方便。 从三相异步电动机的转子等值电路可知， （1-2） （1-3）将式(1-2)、(1-3)代入(1-1)得：

三相异步电机的建模与仿真

电气与电子信息工程学院 《计算机仿真及应用B》题目 学号： 姓名: 班级: 任课老师:

三相异步电动机的建模与仿真 一．实验题目三相异步电动机的建模与仿真 二．实验原理 三相异步电动机也被称作感应电机，当其定子侧通入电流后，部分磁通将穿过短路环，并在短路环内产生感应电流。短路环内的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有相位差，从而形成旋转磁场。转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感应电动势和感应电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，从而实现能量转换。 三相异步电动机具有结构简单，成本较低，制造，使用和维护方便,运行可靠以及质量 较小等优点，从而被广泛应用于家用电器，电动缝纫机，食品加工机以及各种电动工具，小型电机设备中，因此，研究三相异步电动机的建模与仿真。 三.实验步骤 1. 选择模块 首先建立一个新的simulink 模型窗口，然后根据系统的描述选择合适的模块添加至模型窗口中。建立模型所需模块如下： 1) 选择simPowerSystems 模块库的Machines 子模块库下的Asynchronous Machine SI Units 模块作为交流异步电机。 2) 选择simPowerSystems 模块库的Electrical Sources 子模块库下的Three-Phase Programmable Voltage Source 模块作为三相交流电源。 3) 选择simPowerSystems 模块库的Three-Phase Library 子模块库下的Three-Phase Series RLC Load 模块作为串联RLC 负载。 4) 选择simPowerSystems 模块库的Elements 子模块库下的Three-Phase Breaker 模块作为 三相断路器，Ground 模块作为接地。 5) 选择SimPowerSystems 模块库的Measurements 子模块库下的Voltage Measurement 模块 作为电压测量。 6) 选择Sources 模块库下的Constant 模块作为负载输入。 7) 选择Signals Rounting 模块库下的Bus Selector 模块作为直流电动机输出信号选择器。 8) 选择Sinks 模块库下的Scope 模块。 9) 选择SimPowerSystems 模块库的Measurements 子模块库下的Three-phase V-I Measurements 用于创建子系统。 2. 搭建模块将所需模块放置合适位置，再将模块从输入端至输出端进行相连，搭建完的串电阻起 动simulink 模型如图 1 所示

三相异步电动机几种调速方式详细版

文件编号：GD/FS-4627 （安全管理范本系列） 三相异步电动机几种调速 方式详细版 In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________

三相异步电动机几种调速方式详细 版 提示语：本安全管理文件适合使用于平时合理组织的生产过程中，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到实现简化管理过程，提高管理效率，实现预期的生产目标。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量

就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好； 无转差损耗，效率高； 接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。

最新异步电机数学模型

异步电机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统[1]。在研究异步电机的多变量数学模型时，常作如下假设： (1)三相绕组在空间对称互差ο120，磁势在空间按正弦分布； (2)忽略铁芯损耗； (3)不考虑磁路饱和，即认为各绕组间互感和自感都是线性的； (4)不考虑温度和频率变化对电机参数的影响。 异步电机在两相静止坐标系上的数学模型： 仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求过程和规律。在实际过程中，系统可能太复杂，无法求得其解析解，可以通过仿真求得其数值解。计算机仿真是利用计算机对所研究系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的主动者——人的思维过程和行为，进行动态性的比较和模仿，利用建立的仿真模型对系统进行研究和分析，并可将系统过程演示出来。 系统仿真软件MATLAB 不但在数值计算和符号计算方面具有强大的功能，而且在计算结果的分析和数据可视化方面有着其他类似软件难以匹敌的优势。界面友好，编程效率高，扩展性强。MATLAB 提供的SIMULINK 是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。SIMULINK 的目的是让用户能够把更多的精力投入到模型设计本身。它提供了一些基本的模块，这些模块放在浏览器里面，用户可以随时调用。当模型构造之后，用户可以进行仿真，等待结果，或者改变参数，再进行仿真。异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，其动态和静态特性都相当复杂。以下将介绍用SIMULINK 如何来建立三相异步电机的计算机仿真模型，为以后的系统仿真做好准备。 经过三相静止/两相静止坐标变换及两相旋转/两相静止坐标变换，可得异步电机在两相静止坐标系上的数学模型。 电压方程： ?????? ? ???????????????????+--+++=??????????????βαβαβαβαωωωωr r s s r r r m m r r r r m r m m S m S r r s s i i i i P L R L P L L L P L R L P L P L P L R P L P L R u u u u 22110000

三相异步电动机的建模与仿真分解

运动控制论文 课题：异步电动机数学模型和电压空间矢量PWM控制技术研究 姓名：xxxxxxxxx 专业：电气工程及自动化 班级：电097 学号：0912002167 日期：2013年3月30日

摘要 由于直流调速的局限性和交流调速的优越性,以及计算机技术和电力电子器件的不断发展,交流异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。目前广泛研究应用的交流异步电动机调速技术有恒压频比控制方式，矢量控制，直接转矩控制等。本论文中所讨论的异步电动机调速技术叫做空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)。相对于直接转矩控制,它有可连续控制,调速范围宽等显著优点。 本文首先对交流异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述，通过对交流异步电动机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理概念的介绍，逐步引出了异步电动机的数学模型和在不同坐标系上的数学模型表达方程式，指出了异步电动机的模型特点是一多变量、强藕合的非线性系统。采用MATLAB /SIMULINK软件包,实现异步电动机动态数学模型的仿真。仿真研究显示,该方法简洁、方便、实时交互性强,能充分融合到其它控制系统中,并具有良好地扩展性。 其次阐述了异步电动机电压空间矢量PWM控制技术的原理和矢量变换方法实现的步骤，据交流电机坐标变换及矢量控制理论提出了异步电机在任意同步旋转坐标系下仿真结构图的建模设想,得出了一种按转子定向磁场下的动态结构图,利用该结构图可以方便的构成电机的仿真模型,进行仿真计算。然后运用MATLAB软件搭建模型进行仿真分析，结果表明电机有良好的稳、动态性能。 通过对仿真软件的应用也表明在进行复杂系统设计时运用仿真工具对设计进行仿真分析是行之有效的方法，可以提高系统设计效率，缩短系统设计时间，并能够较好的进行系统优化。经试验表明，空间电压矢量调制的方法正确可行， 可调高电压利用率和系统精度。 关键词：异步电动机；矢量控制；数学模型；仿真

基于MATLAB的异步电动机仿真

课程报告 COURSE REPORT 课程名称:—— 课程号:—— 授课教师:—— 学号：—— 姓名：西木小卒 所属：上大桂树林

基于MATLAB的异步电动机仿真 1.电机仿真模型 一台三相六机鼠笼式异步电动机，定子绕组为Y型连接，额定电压为U N=380V，额定转速n N=975r/min，电源频率f1=50Hz，定子电阻R1=2.08Ω，定子漏电抗X1=3.12Ω，转子电阻折合值R2、=1.53Ω，转子漏电抗折合值X2、=4.25Ω。 要求：绘制以上参数电动机的固有机械特性曲线、定子串电阻人为特性曲线、电子串电抗人为特性曲线、转子串电阻人为特性曲线、降电压人为特性曲线；给出仿真源代码。 2. 仿真代码实现 clc clear m1=3;%%电机相数 U1=220;%%额定定子相电压 n1=[-1000,1000];%%两个相的同步转速,+为规定正相，-为反相 p=3;%%电机极对数 f1=50;%%输入电流频率 r1=2.08;%%定子侧电阻 r2=1.53;%%转子侧电阻折合值 w1=2*pi*f1/p;%%电机同步角速度 x1=3.12;%%定子侧电抗 x2=4.25;%%转子侧折合电抗 s=-1:0.001:1;%%设定转差率，是画图的关键自变量 ns=[-1,1];%用来标定转矩的方向，规定ns=1为正，-1为反 %%绘制定子串电阻前的固有机械特性曲线 figure(1); for i=1:length(n1); n=n1(i)*(1-s);%%计算转速 T=ns(i)*(m1*p*U1^2*r2)./s./(w1.*((r1+r2./s).^2+(x1+x2)^2));%%计算转矩 plot(T,n,'--'); if i==1 text(max(T),800,strcat('r1=',num2str(r1),'\Omega'),'FontSize',9,'Color','black'); %%曲线标注位置设置，每条曲线的标注横轴上对齐其Tm以便于区分，纵坐标无严格限制 end hold on;

三相异步电动机的几种调速方式

三相异步电动机的几种调速方式 本文介绍了三相异步电动机的七种调速方式及其特点,指明其适用的场合、情况。 三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：①高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。 ②有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中； ③电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中； ④液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。

一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 1、具有较硬的机械特性，稳定性良好； 2、无转差损耗，效率高； 3、接线简单、控制方便、价格低； 4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 二、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点： 1、效率高，调速过程中没有附加损耗； 2、应用范围广，可用于笼型异步电动机； 3、调速范围大，特性硬，精度高； 4、技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。

三相异步电动机变频调速系统设计及仿真

天津职业技术师范大学 课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 指导老师： 班级：机检1112班 组员

天津工程师范学院 课程设计任务书 机械工程学院机检1112 班学生 课程设计课题： 三相异步电动机变频调速系统设计及仿真 一、课程设计工作日自 2015 年 1 月 12 日至 2015 年 1 月 23 日 二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时 间、主要参考资料等）： 1、目的和意义 交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包括： （1）各主要环节的工作原理； （2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）； （3）调节器参数的计算过程。 2．画出一张详细的电气原理图； 3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节 器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考核方式 1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）； 2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。 五、参考文献 1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003 指导教师签字：教研室主任签字：

三相异步电动机的七大调速方法

三相异步电动机的七大调速方法 下面成都贝尔菲特科技发展有限公司小编为您介绍三相异步电动机的七大调速方式： 首先来看三相异步电动机转速公式：n=60f/p(1-s) 从公式中可以看出，改变供电频率f、电动机极对数p及转差率s均可太到改变转速目。 从调速本质来看，不同调速方式无非是改变交流电动机同步转速或不改变同步转两种。 生产机械中广泛使用不改变同步转速调速方法有绕线式电动机转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速有改变定子极对数多速电动机，改变定子电压、频率变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收调速方法（如串级调速等）。有转差损耗调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗转子回路中；电磁离合器调速方法，能量损耗离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗液力偶合器油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，调速范围不大，能量损耗是很小。 一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目，特点如下： 具有较硬机械特性，稳定性良好； 无转差损耗，效率高； 接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获平滑调速； 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获较高效率平滑调速特性。

本方法适用于不需要无级调速生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 二、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源频率，改变其同步转速调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点： 效率高，调速过程中没有附加损耗； 应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高； 技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。 三、串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节附加电势来改变电动机转差，达到调速目。大部分转差功率被串入附加电势所吸收，再利用产生附加装置，把吸收转差功率返回电网或转换能量加以利用。转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为： 可将调速过程中转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围额定转速70％－90％生产机械上； 调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产； 晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。

异步电动机动态数学模型的建模与仿真.docx

目录 1 设计意义及要求 (3) 1.1设计意义 (3) 1.2设计要求 (3) 2 异步电动机动态数学模型 (4) 2. 1 异步电动机动态数学模型的性质 (4) 2. 2 异步电动机的三相数学模型 (5) 2.3坐标变换 (7) 2. 3.1坐标变换的基本思路 (7) 2. 3.2三相 - 两相变换（ 3 / 2 变换） (7) 2. 3.3静止两相 - 旋转正交变换（ 2 s / 2 r 变换） ...................................... 2.4状态方程 (10) 3 模型建立 (12) 3. 1 ACMo t o r 模块 (12) 3.2坐标变换模块 (13) 3. 2.1 3/ 2 t r a n s f o r m 模块 (13) 3. 2.22s/2rtransform 模块 (13) 3. 2.32r / 2s t r an s f or m 模块 (14) 3. 2.4 2/ 3 t r a n s f o r m 模块 (15) 3. 2.5 3/ 2 r t r a ns f o r m 模块 (16) 3.3仿真原理图 (17) 4 仿真结果及分析 (20) 5 结论 ........................................................ 参考文献..................................................... 摘要 对一个物理对象的数学模型，在不改变控制对象物理特性的前提下采用一定的变换手段，可以获得相对简单的数学描述，以简化对控制对象的控制。对异步电机的数学分析也不例外，在分析异步电机的数学模型时主要用到的是坐标变换。

三相异步电动机调速系统仿真

实验报告 课程名称：数字调速 实验项目：三相异步电机恒压频比调速系统仿真专业班级：自动化1303班 姓名：任永健学号：130302307 实验室号：实验组号： 实验时间：批阅时间： 指导教师：成绩：

沈阳工业大学实验报告 （适用计算机程序设计类） 专业班级：自动化1303班学号：130302307 姓名：任永健 实验名称：三相异步电机恒压频比调速系统仿真 1.实验目的： 熟悉SIMULINK环境。 建立三相异步电机恒压频比调速系统模型并仿真分析。 2.实验内容： 设计并在simulinnk下搭建三相异步电机恒压频比环调速系统 3. 实验方案（程序设计说明） 异步电机的调速有多种方法，转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的一种控制转速方式，在一般的变频调速装置里面都嵌入有这项功能，工作方式为恒压频比的调速方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，使用起来也相对方便，是通用变频器的基本模式。但在低压时候需要一定的补偿电压，采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中的转差率会保持不变，电动机的所以会机械特性会相对较硬，电动机有较好的调速性能。 正选脉冲宽度调制三相逆变电路，是一种以三角波做载波的应用冲量等效原理而获得理想交流电源的电路装置，在调制比与载波比一定的条件下，通过调节外加直流电源的大小就可以获得在额定频率下产生额定电压的正选电压波，通过调节正弦波的频率就可以得到理想的电压频率波，而且调节输入正弦波的频率能得到线性的输出电压幅值。MATLAB在电气领域中的运用随处可见，在这里可以运用MATLAB里的Simulink仿真出具体的模型，通过示波器来观察具体的波形，从而进行进一步的分析。 4. 实验原理（系统的实现方案分析） 首先采用三相双极性SPWM逆变电路产生三相交流电源，全控型器件可以选用IGBT，这样通过调节外加直流电源的大小便可获的理想的输出交流电压源幅值，然后通过改变给定的频率信号来改变异步电机的转速，基本模型如下图所示

三相异步电动机的几种调速方式

三相异步电动机的几种调速方式 三相异步电动机转速公式为： n=60f/p(1-s) 从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可达到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。 在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。 从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。 一、变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： ?具有较硬的机械特性，稳定性良好； ?无转差损耗，效率高； ?接线简单、控制方便、价格低； ?有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； ?可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。 二、变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。其特点： ?效率高，调速过程中没有附加损耗； ?应用范围广，可用于笼型异步电动机； ?调速范围大，特性硬，精度高； ?技术复杂，造价高，维护检修困难。

基于MATLAB的异步电动机仿真

目录 1 引言 (1) 2 异步电动机动态数学模型 (2) 2.1异步电动机动态数学模型的性质 (2) 2.2三相异步电动机的多变量非线性数学模型 (2) 2.2.1电压方程 (3) 2.2.2磁链方程 (4) 2.2.3转矩方程 (6) 2.2.4电力拖动系统运动方程 (7) 2.2.5三相异步电机的数学模型 (8) 3 坐标变化和变换矩阵 (9) 3.1三相--两相变换（3/2变换） (9) 3.2三相异步电动机在两相坐标系上的数学模型 (10) 3.2.1三相异步电动机在两相坐标系上的状态方程 (11) 3.2.2两相静止坐标系中按定子磁链定向的状态方程 (11) 4 软件介绍及模型实现 (13) 4.1 Matlab/Simulink简介 (13) 4.2模型实现 (13) 4.2.1 Simulink模型设计 (13) 4.2.2模型参数设置 (15) 4.2.3仿真结果 (18) 5 结论 (21) 参考文献 (22)

1 引言 1985年，由Depenbrock教授提出的直接转距控制理论将运动控制的发展向前推进了一大步。接着1987年把它又推广到弱磁调速范围。不同于矢量控制技术，它无需将交流电动机与直流电动机作比较、等效和转化，不需要模仿直流电动机的控制，也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型[1]。它只是在定子坐标系下分析交流电机的数学模型，强调对电机的转距进行直接控制，省掉了矢量旋转变换等复杂的变换与计算。直接转距控制从一诞生，就以新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的静、动态性能受到人们的普遍关注。 系统建模与仿真一直是各领域研究、分析和设计各种复杂系统的有力工具。建模可以超越理想的去模拟复杂的现实物理系统；而仿真则可以对照比较各种控制策略和方案，优化并确定系统参数。长期以来，仿真领域的研究重点是放在仿真模型建立这一环节上，即在系统模型建立以后，设计一种算法，以使系统模型为计算机所接受，然后再将其编制成计算机程序，并在计算机上运行。显然，为达到理想的目的，在这一过程中编制与修改仿真程序十分耗费时间和精力，这也大大阻碍了仿真技术的发展和应用。近年来逐渐被大家认识的Matlab语言则很好的解决了这个问题。

异步电动机矢量控制系统的仿真

异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得应用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4）

（5） 上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率； 是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速与实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，与ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，与定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接与实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、

异步电机矢量控制Matlab仿真实验

基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿真 一．理论基础 矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。其中等效的直流电动机模型如图1-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流iA、iB、iC ，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流isα和isβ，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流ism和ist。 图1-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型 从图1-1的输入输出端口看进去，输入为A、B、C三相电流，输出为转速ω，是一台异步电动机。从内部看，经过3/2变换和旋转变换2s/2r，变成一台以ism和ist为输入、ω为输出的直流电动机。m绕组相当于直流电动机的励磁绕组，ism相当于励磁电流，t绕组相当于电枢绕组，ist相当于与转矩成正比的电枢电流。 按转子磁链定向仅仅实现了定子电流两个分量的解耦，电流的微分方程中仍存在非线性和交叉耦合。采用电流闭环控制，可有效抑制这一现象，使实际电流快速跟随给定值，图1-2是基于电流跟随控制变频器的矢量控制系统示意图。

图1-2矢量控制系统原理结构图 通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量i sm 和转矩分量i st ，转子磁链r ψ仅由定子电流分量i sm 产生，而电磁转矩e T 正比与转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量的解耦。简化后的等效直流调速系统如图1-3所示。 图1-3简化后的等效直流调速系统 二．设计方法 1.电流模型设计 转子磁链在实用的系统中多采用按模型计算的方法，即利用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来，也可以利用专题观测器或状态估计理论得到闭环的观测模型。在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为电流模型和电压模型两种。本设计采用在αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型。 由实测的三相定子电流通过3/2变换得到静止两相正交坐标系上的电流i sα和i sβ，在利用αβ坐标系中的数学模型式计算转子磁链在αβ轴上的分量 ?? ? ?? ?? ++-=+--=β αβχαβααωψψψωψψψs r r r s r r r i Tr Lm Tr dt d i Tr Lm Tr dt d 11 (2-1-1) 也可表述为：

(最新整理)三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告

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三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告 摘要：利用直接转矩控制( DTC ）理论，研究异步电动机直接转矩控制调速系统的基本组成 和工作原理，建立了异步电动机直接转矩控制系统的仿真模型。利用MATLAB /Simulink软件对异步电动机直接转矩控制系统进行建模和仿真。结果表明： DTC系统具有动态响应速度快、精度高、易于实现的优点。仿真结果验证了该模型的正确性和该控制系统的有效性。 关键词：异步电机；直接转矩控制； MATLAB仿真 1 引言 自从20世纪70年代矢量控制技术发展以来，交流拖动技术就从理论上解决了交流调速系统在静动态性能上与直流调速系统相媲美的问题。所谓矢量控制,就是将交流电动机模拟成直流电动机来控制，通过坐标变换实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦,然后分别独立控制，从而获得高性能的转矩和转速响应特性。 直接转矩控制（Direct Torque Control DTC)是在矢量控制基础之上发展起来的,是继矢量控制以后提出的又一种异步电动机控制方法。其思路是把异步电动机和逆变器看成是一个整体，采用电压矢量分析方法直接在静止坐标系下分析和计算电动机的转矩和磁链，通过磁链跟踪得出PWM逆变器的开关状态切换的依据从而直接控制电动机转矩"与矢量控制相比，直接转矩控制的主要优点是:在定子坐标系下对电动机进行控制，摒弃了矢量控制中的解藕思想，直接控制电动机的磁链和转矩，并用定子磁链的定向代替转子磁链的定向，避开了电动机中不易确定的参数(转子电阻)"由于定子磁链的估算只与相对比较容易测量的定子电阻有关，所以使得磁链的估算更容易、更精确，受电动机参数变化的影响也更小"此外，直接转矩控制通过直接输出转矩和磁链的偏差来确定电压矢量，与以往的调速方法相比,它具有控制直接!计算过程简化的优点"因此，直接转矩控制一问世便受到广泛关注，目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。 2 三相异步电机的直接转矩控制系统组成 三相异步电动机直接转矩控制系统模块图标如图1所示，其仿真模型如图2所示,模型由7个主要模块组成：三相不控整流器（Three—phase diode rectifier）、Braking chopper、三相逆变器（Three-phase inverter）、测量单元（Measures）、异步电动机模块(Induction machine）组成系统的主要电路；转速控制器（Speed Controller)和直