交流電機變頻調(diào)速已逐步被人們接受并成為當代電機調(diào)速的主流,并且因其結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、體積小、重量輕、效率和功率因數(shù)高,已經(jīng)逐步取代直流伺服電動機而應(yīng)用在高性能的伺服系統(tǒng)中[1]。因此,如何建立有效的交流異步電機控制系統(tǒng)的仿真模型,對于搭建硬件平臺是一個很好的理論驗證。Matlab是一種用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境,其在控制設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)被廣泛認可,已成為控制系統(tǒng)設(shè)計的標準化軟件之一。Matlab/Simulink可以對系統(tǒng)進行建模,通過仿真其行為,確認設(shè)計規(guī)范的正確性和可行性。本文分析了變頻調(diào)速的原理以及交流異步電機的數(shù)學模型,借助Matlab/Simulink,搭建了坐標變換模塊、矢量控制模塊、電流滯環(huán)模塊、速度控制模塊等,通過模塊組合實現(xiàn)了系統(tǒng)的整體動態(tài)仿真。硬件是基于TMS320F2812DSP芯片,設(shè)計系統(tǒng)主電路及相應(yīng)的外圍電路,實現(xiàn)電機的變頻調(diào)速。1變頻調(diào)速的原理從電機學可知,異步電動機的轉(zhuǎn)速表達式為:n=60f/p(s-1)(1)式(1)中:f為供電頻率,p為電動機的極對數(shù),s為轉(zhuǎn)差率。從該式可知改變頻率f可達到改變轉(zhuǎn)速的目的,也就是所謂的變頻調(diào)速。我們采用交直交這樣一種控制方式(VVVF變頻或矢量控制變頻)。先把工頻交流電通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電,然后再把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可調(diào)的交流電以供給電動機。變頻部分的電路一般由整流、中間直流環(huán)、逆變和控制4個部分組成。整流器是將市電通過整流二極管整流成直流電,該直流電再經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)的濾波電容進行濾波變成平滑的直流電。然后利用半導體器件(GTO、GTR或IGBT)組成的三相逆變器,將直流電逆變成電壓和頻率可調(diào)的交流電,再結(jié)合電壓空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)方法,使輸出波形近似正弦波,用于驅(qū)動異步電機,實現(xiàn)無級調(diào)速。變頻調(diào)速范圍寬、平滑性好、效率高、具有優(yōu)良的靜態(tài)及動態(tài)特性,是應(yīng)用最廣泛的一種高性能交流調(diào)速方式[2]。目前在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用,是自動化電力傳動的發(fā)展方向。2SVPWM數(shù)學模型SVPWM調(diào)制法是以三相對稱正弦波電壓供電時交流電機的理想磁通圓為基準,用逆變器不同的開關(guān)模式所產(chǎn)生的實際磁通去逼近基準圓磁通,并由它們比較的結(jié)果決定逆變器的開關(guān)狀態(tài),形成PWM波形[3]。交流電機是一個高階、非線性、強耦合、多變量的系統(tǒng)[4]。在研究異步電動機數(shù)學模型時常做如下假設(shè):(1)電機定轉(zhuǎn)子三相繞組完全對稱,空間互差1200;(2)定轉(zhuǎn)子表面光滑,其每相氣隙磁動勢在空間呈正弦分布;(3)忽略磁飽和、鐵損的影響,繞組的自感和互感都是線性的。三相異步電機在兩相靜止坐標系下的模型就是-坐標系下的模型。將三相靜止坐標(A-B-C)下的電量(電壓、電流、磁鏈)用C3s/2s陣變換成二相靜止坐標系下,即可得到三相異步電機在兩相靜止坐標系下的數(shù)學模型,再將二相坐標系-下的電量經(jīng)C2s/2r[5]陣變換到二相旋轉(zhuǎn)坐標系d-q下即可得到三相異步電機在兩相旋轉(zhuǎn)坐標下的模型。2.1電壓方程流電機空間矢量控制系統(tǒng)的數(shù)學模型的基礎(chǔ)上,建立了該控制系統(tǒng)仿真模型,其總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)采用了電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的控制方式,主包括AC/DC模塊、逆變模塊、電機本體模塊、坐標變換模塊、矢量控制模塊等。3.1AC/DC轉(zhuǎn)換AC/DC轉(zhuǎn)換就是將50Hz的交流電整流成直流電,該模塊就是圖1中的vdc模塊。其交流網(wǎng)側(cè)采用三相二極管不可控整流橋,中間電容濾波,構(gòu)成直流測。3.2確定SVPWM的輸出時序Pulse首先確定空間矢量Uout所在扇區(qū)號,首先將空間電壓矢量分解成o坐標下的U和

總結(jié)

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