电气工程课程设计基于matlab异步电动机调速系统设计 大学论文.doc

东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 年 11 月22日 东北石油大学课程设计任务书 课程 电气工程课程设计 题目 基于Matlab异步电动机调速系统设计 专业 电气工程及其自动化 姓名 学号 主要内容： 研究异步电动机矢量控制系统的控制策略，对矢量控制系统的转速估计、磁链观测进行详细的理论分析、仿真以及实验研究。设计基于矢量控制的异步电动机调速系统，在磁场定向控制下，建立异步电动机的数学模型和仿真模型，通过矢量控制，建立用于仿真的一空间矢量脉宽调制模块，并通过仿真验证输出结果和理论推导的一致性。 参考资料： [1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,2010. [2] 王兆安电力电子技术[M]北京机械工业出版社2009. [3] 王忠礼.MATLAB：在电气工程与自动化专业中的应用[J].电力学报2012. [4] 贺益康.交流电机的计算机[J].科技科学,2012. [5] 徐志佳电力拖动控制系统中的仿真教学[J]时代教育2014. 完成期限 指导教师 专业负责人 年 11 月 5 日 目　录 1 简要 1 1.1 交流调速技术概况 1 1.2 系统仿真技术概述 1 1.3 仿真软件的发展状况与应用 2 1.4 MATLAB概述 2 1.5 SIMULINK 概述 4 2 矢量控制理论 4 2.1异步电机的动态数学模型 4 2.2 坐标变换 7 2.3 矢量控制 8 3 总体模块设计 10 3.1 矢量控制结构框图 10 3.2 矢量控制控制环节模块 11 3.3矢量控制的异步电动机调速系统模块 11 4 仿真 12 5 总结 16 参考文献 17 1 设计要求 1）该调速系统忽略空间谐波，磁路饱和，铁芯损耗，不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。 2）异步电动机的主磁通保持额定值不变。 2 矢量控制理论 2.1异步电机的动态数学模型 异步电机的动态数学模型是一高阶、非线性、强耦合的多变量系统。在研究异步电机的多变量非线性数学模型时，常做如下的假设： 1、忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间中互差120°电角度，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、忽略铁芯损耗。 4、不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。 无论电动机转子是绕线型还是笼型的，都将它等效成三相绕线转子，并折算到定子侧。折算后的定子和转子匝数都相等。这样，电机绕组就等效成三相异步电动机的物理模型，如图2-1所示。 图2-1 三相异步电动机的物理模型 5、数学模型的方程 规定各绕组电压、电流、磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。这时，异步电动机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。 1)电压方程 (2-1) 式中： 、、、、、——定子、转子的各相电压瞬时值； 、、、、、——定子、转子的各相电流瞬时值； 、、、、、——各相绕组全磁链； 、——定子和转子绕组电阻； ——微分算子。 2)磁链方程 每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其他绕组对它的互感磁链之和，六个绕组的磁链可表达为: (2-2) 式中，L是6×6电感矩阵，其中对角线元素分别为定转子三相绕组的自耦自感，其余为定子相互间、转子相互间、定转子相互间的互感。 3)转矩方程 由机电能量转换原理，电磁转矩Te等于电流不变时磁场储能对机械角位移的偏导数： (2-3) 式中： ——电角速度； ——电角度表示的空间角位移； ——磁场储能； ——电机的极对数； ——机械角位移 4)运动方程 一般情况下，电机的转矩平衡方程式为： （2-4） 式中 TL——负载； J——电机转轴或传动装置的转动惯量； D——与转速成正比的阻转矩阻尼系数； K——扭转弹性转矩系数。 2.2 坐标变换 2.2.1 变换矩阵的确定原则 感应电机的控制可以通过矢量的坐标变换来把感应电机的转矩控制等效为直流电动机