异步电动机按转子磁链定向的矢量控制建模与仿真

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1、万方数据第罐(嚣1l蠹期)(EXPLOSION—PROOFELECTRICMACHINE)防爆电机异步电动机按转子磁链定向的矢量控制建模与仿真木喻多祥，祝国平上海海事大学物流工程学院，上海(200135)摘要建立了三相异步电动机的数学模型并进行化简。介绍了转子磁链定向的矢量控制系统的原理及模型的建立，搭建了异步电动机矢量控制调速系统的Simulink模块，并给出了仿真结果。结果表明，该系统其有良好的静、动态性能和控制性能。关键词三相异步电动机；转子磁链计算模型；矢量控制系统；Simulink中图分类号TM301．2TM34

2、3文献标识码A文章编号1008-7281(2009)01-0035-04ModelingandSimulationBasedonRotorFluxLinkageVectorControlofInductionMotorYuDuoxiangandZhuGuopingAbstractThemathematicalmodelof山i've．phaseinductionmotorisestabhshedandsimplified．Theprincipleandmodelofvectorcontrolsystemofrotorflu

3、xlinkageisintro．duced．Simuhnkmoduleofvectorcontrolregulationspeedsystemofinductionmotorissetupandsimulationresultis#yen．ItisshowedthatthissystemhasexceHentstatic—anddynamic—stateandcontrolperformance．KeywordsThree—phaseinductionmotor；rotorfluxlinkagecalculationmod

4、el；vec—torcontrolsystem；Simulink．0引言异步电动机的数学模型是—个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，虽然通过坐标变换可以使之降阶并化简，但并没有改变其非线性、多变量的本质，因此，需要异步电动机调速系统具有高动态性能时，!西须面向这样—个动态模型。经过多年的潜屯、研究和实践，有几种控制方案已经获得成功的应用，目前应用最多的方案有：(1)按转子磁链定向的矢量控制系统；(2)按定子磁链控制的直接转矩控制系统。三相交流异步电机矢量控制理论用来解决交流电机转矩控制问题。矢量控制实现的基本原理是通过测量

5、和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动c兀的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。具体是将异步电动机的定子电流矢量分解为产生磁场的电流分量(励磁电流)和产生转矩的电流分量(转矩电流)分别加以黼0，并同时控制两分量间的幅值和相位，即控制定子电流矢量，所以称这种控制方式为矢量控带IJ：b--式。’上海市教育委员会科研创新项目(项目编号：2008089)．1异步电动机的数学模型⋯异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，所以在研究异步电动机的多变量非线性数学模型时，

6、常作如下假设：(1)忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间中互差1200，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布；(2)忽略磁路饱和，认为各绕组的自感和互感都是恒定的；(3)忽略铁心损耗；(4)不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。如图1所示，根据两相同步坐标系和三相坐标系之间的关系，可以得到异步电动机在任意两占F灿b妒哒、／口州1‰一V妙‘斜一扩J?C图1三相异步电动机的物理模型35万方数据防爆电机(EXPLOSION—PROOFELECTRICMACHINE)2009年第1期第44卷(总第146期)相同步旋转坐标系d

7、-q下的磁链方程、电压方程、转矩和运动方程的数学模型。(1)磁链方程吼％L，00L，L。00L。L。00￡。L，00L，式中，L。—咖坐标系定子与转子同轴等效绕组间的互感；三，—由坐标系定子等效两相绕组的自感；￡，一由坐标系转子等效两相绕组的自感。R。+L,ptodq,LI￡艘∞却￡。一∞却LR，+tp一‘D由，Lm三廿∞如—由坐标系相对于定子的角速度；∞却一由坐标系相对于转子的角速度。(3)转矩和运动方程在由坐标系上的转矩方程为Z=npL。(i叼i珂一iaiw)(4)运动方程与坐标变换无关，且为z=咒+丢×警其中，∞=山

8、却一∞由r为电机转子角速度。(5)(2)电压方程根据坐标变换，得到了由坐标系电压方程式，略去零轴分量后，可以写成ILsd2R，i“+p哆d一∞由J哆gM叼=月，i叼+p吼+∞由J％Urd=R，l’rd+

9、P寥d一∞由，肇k比呵=R，i唧+p蟹7．呵+∞如蟹0(2)将式(1)的磁链方程式代人式(2)中，得