異步電動機直接轉矩控制離散系統的建模和仿真
2020-11-21 電子產品世界1985年，德國魯爾大學教授Depenbrock和日本學者Takahashi提出了直接轉矩控制理論，由於它直接控制定子磁鏈空間向量和電磁轉矩，使得控制系統得以簡化，並且提高了快速相應能力。直接轉矩控制不僅拓寬了向量控制理論，同時促進了電機現代控制技術的進一步發展。
SIMUUNK是MATLAB提供用來對動態系統進行建模、仿真、分析的軟體包。SIMULINK包含許多模塊庫，利用這些模塊庫可以很方便的進行複雜系統構建與仿真分析，為研究者提供了一個實用的仿真平臺。本文對基於MATLAB／SIMULINK異步電動機的直接轉矩控制離散系統仿真模型做出分析和介紹。
l 異步電機的數學模型
1．1 三相變兩相的物理意義
原來匝數為W1的ABC三相繞組，用每相匝數為且空間位置互差90°的X、Y兩相繞組替代，其中X軸與A軸夾角為θ，在X軸上ix產生的磁勢應等於ABC三相電流產生的磁勢在軸上的投影之和。
1．2 三相異步電機在α-β靜止坐標系下的電壓、磁鏈方程：
電機電壓方程為：
則電壓方程的矩陣形式為：
式中usα、usβ、isα、isβ分別是定子在α、β軸上電壓、電流分量；urα、urβ、irα、irβ分別是轉子在α、β軸上的電壓、電流分量；ψsα、ψsβ、ψrα、ψrβ分別是定子、轉子在α、β軸的磁鏈；Ls、Lr、Lm分別是定子繞組、轉子繞組及電機勵磁電感；P為微分算子；ωr是轉子的角速度。
1．3 電機的轉矩方程
Te為電機的電磁轉矩；np為電機的極對數。
1．4 電機的運動方程
TL為負載轉矩；J為電機轉子和系統的轉動慣量。
根據異步電機的數學模型，利用SIMULINK的基本模塊及電機模塊搭建異步電機的仿真模型。
2 建立仿真模型
2．1 直接轉矩控制基本原理
定子、轉子磁鏈以及電磁轉矩可表示為：
在直接轉矩控制中，當定子磁鏈矢量ψs快速變化時，在很短暫時間內，可認為ψr不變，因此可以通過改變外加電壓矢量快速改變ψs，使定子磁鏈幅值|ψs|保持不變，同時控制定子磁鏈和轉子磁鏈的夾角θ，由式(6)可知，控制θ，實質上是控制電磁轉矩，即實現了轉矩的直接控制。
圖1所示為直接轉矩控制的系統框圖，包括異步電機模型、轉矩和磁鏈觀測器，滯環比較器，開關矢量選擇器和逆變器等部分。通過滯環比較得到調節信號，結合磁鏈位置信號SN和開關矢量選擇表，查表獲取此刻應作用於電機的電壓矢量，從而實現電機的直接轉矩控制。
2．2 開關電壓矢量的合理選擇
逆變器不同的開關狀態可產生如圖2中所示的u1～u6及u7，u8兩個零矢量。基於便於控制的考慮，把定子磁鏈所在空間位置劃分為①～⑥區間，總共六個扇區。
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異步電動機的工作原理與結構
由於在電網的負載中，異步電機最多，它們所需要落後的無功功率對電網來說，是一個沉重的負擔，既增加了輸電過程的損耗，也妨礙了有功功率的輸出。當負載需要的電動機單機容量較大，而電網功率因數又比較低時。最好還是採用同步電動機來拖動。 異步電動機按定子繞組的相數分：有單相異步電動機和三相異步電動機。 -
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淺析怎樣才能提高異步電動機自然功率因數
轉子繞組中的感應電流與磁場作用，產生電磁轉矩，使轉子旋轉。由於當轉子轉速逐漸接近同步轉速時，感應電流逐漸減小，所產生的電磁轉矩也相應減小，當異步電動機工作在電動機狀態時，轉子轉速小於同步轉速。為了描述轉子轉速n與同步轉速n1之間的差別，引入轉差率（slip）。 單相異步電動機就是只需單相交流電源供電的電動機 。單相異步電動機由定子、轉子、軸承、機殼、端蓋等構成。