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    1 引言近年来交流变频调速系统发展很快,已成为调速系统的主要研究和发展方向。1971年提出的矢量控制理论根据磁动势等效原则,应用坐标变换将三相系统等效为二相系统,再经过按磁场定向的同步旋转变换实现了定子电流励磁分量与转矩分量之间的解耦,从而达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的。这样就可将一台三相异步电动机等效为直流电机来控制,因而获得了与直流调速系统同样的静、动态性能。本文的工作在于:建立异步电动机同步坐标系下的仿真模型及矢量控制系统的仿真模型,并进行仿真分析。

    2 数学模型及电机仿真模型

    2.1 三相异步电动机的数学模型

    笼型异步电动机在按转子磁场定向的同步旋转坐标系,即mt系下的数学模型可由下列方程来描述:

    电压方程:

    2010226152216965.gif

    2010226152216546.gif

    图1 异步电动机在同步旋转坐标系的动态结构图

    2.2 异步电机仿真模型的构造

    由式(1)~(4)可得:

    2010226152216351.gif

    根据式(3)~(6)可得图1所示异步电机在同步旋转坐标系的动态结构图。

    3 矢量仿真模型

    3.1 矢量控制类型

    根据转子磁链ψ2位置角θ推算法,异步电动机矢量控制可分为直接型(磁通反馈型)和间接型(转差频率控制型)。间接磁场定向的的矢量控制系统,采用磁链开环控制方式,由于不需要检测转子磁链,因而检测方式简单,容易实现。间接型矢量控制结构如图2所示。

    2010226152220636.gif

    图2 间接型矢量控制结构图

    3.2 异步电机矢量控制仿真模型

    忽略pwm变频器的滞后作用,可以将pwm变频器处理为一个无滞后的带限幅功率放大器环节,其输出可作为电机模型输入。电机模型直接以um1,ut1作为输入,充分体现了矢量控制思想。异步电动机矢量控制仿真结构图及i-u环节的仿真结构图如3和图4所示。

    2010226152220411.gif

    图3 异步电机矢量控制仿真结构图

    2010226152220814.gif

    图4 i-u环节仿真结构图

    3.3 仿真结果及分析

    2010226152221787.gif

    把上述参数代入图所示的的异步电机仿真模型中,并进行仿真实验。转速阶跃给定为1500r/min, 2s后突加20n.m负载, 4s后突减15n.m负载, 6s突加25n.m负载, 8s后突减20n.m负载, 仿真结果如图5及6所示。分析如下:

    2010226152221742.gif

    图5 转子磁链、转速、电磁转矩仿真波形

    2010226152221385.gif

    图6 转子磁链仿真曲线

    (1) 从仿真曲线可看出,上升时间约为0.2s,超调量小,稳态精度高。在0.3s转速和转矩基本稳定。转速对负载变化波动较小,并且很快达到稳定,对给定值具有良好的动静态跟踪能力。

    (2) 转子磁链在m、t轴的分量为直流量,在速度阶跃时无明显波动。

    4 结束语

    本文对笼型转子异步电机的矢量控制系统进行了仿真,证实了矢量控制系统动态性能和跟随性能好,精度高。

    参考文献

    [1] 项世军,谢宗安. matlab语言在异步电动机同步旋转坐标系下模型仿真研究[j]. 计算机仿真,2000.

    [2] 张 健. 异步电动机全数字式矢量控制系统设计与仿真[z]. 学位论文,2000.

    [3] 薛定宇,陈阳泉. 基于matlab/simulink系统仿真技术与应用[m]. 北京:清华大学出版社,2002.

    作者简介

    王君瑞 研究生 主要研究方向为变频调速系统的研究。

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