電動(dòng)機(jī)汽車交流調(diào)速仿真研究

1、學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級(jí)優(yōu)秀學(xué)士學(xué)位論文評(píng)選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1、

2、保密 ，在_年解密后適用本授權(quán)書(shū)。2、不保密 。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日V摘要電動(dòng)機(jī)汽車交流調(diào)速仿真研究摘要：本文介紹了MATLAB R2008a作為后臺(tái)仿真工具的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，闡述了平臺(tái)軟件的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)討論了仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)的建模、編程和圖形界面設(shè)計(jì)。 首先，基于異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)/動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型分別在MATLAB/SIMULINK中搭建了恒壓頻比控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，詳細(xì)介紹了該模型各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)。 其次，針對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)故障情況做了研究一

3、推導(dǎo)出基于開(kāi)關(guān)符號(hào)函數(shù)的逆變器數(shù)學(xué)模型，針對(duì)逆變器本身故障工況，搭建了相應(yīng)的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，并分析故障特征，為變頻調(diào)速系統(tǒng)的故障仿真研究、冗余設(shè)計(jì)提供了必要的基礎(chǔ)。 最后，討論了MATLAB混合編程方法，并將此方法運(yùn)用到異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真中，成功開(kāi)發(fā)了異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件，并通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例證明了其有效性。關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速；仿真設(shè)計(jì)；MATLAB混合編程；VAbstractAbstract The mechanical supercharger is a kind of an internal combustion engine supe

4、rcharging device, by raising the density of the intake air of the internal combustion engine to enhance the power of the internal combustion engine has been widely applied in the field of internal combustion engine supercharger. Due to the presence of traditional development model of the mechanical

5、supercharger development cycle is long, complicated process, the high cost of development, performance testing difficulties, the centrifugal supercharger for the study is to analyze and solve turbocharger design and development for the purpose of the introduction of CATIA 3D modeling and simulation

6、studies, the centrifugal supercharger development process has been studied from a theoretical and experimental aspects. The main tasks:1, to understand the history and prospects of development of the mechanical supercharger supercharger kind of understand the background of simulation technology, the

7、 practical significance in the development of the domestic situation, simulation technology;2, the main components of the centrifugal supercharger selection and design parameters;3, briefly CATIA software applications in engineering design, the use of CATIA software to build a centrifugal supercharg

8、er three-dimensional solid model, and its assembly, complete the design drawings;CATIA software environment for motion simulation, drawn the centrifugal supercharger work performance curve.Keywords：The centrifugal supercharger SimulationV目錄目 錄摘要IAbstractII目 錄IV第一章 緒論11.1電動(dòng)汽車用電機(jī)的種類11.1.1 無(wú)刷有齒輪減速用電機(jī)11

9、.1.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)11.1.3 輪轂式有齒輪傳動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)11.1.4 輪轂式無(wú)齒輪傳動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)21.2電動(dòng)汽車用電機(jī)的特點(diǎn)21.2.1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)21.2.2異步電動(dòng)機(jī)31.2.3永磁同步電動(dòng)機(jī)31.2.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)41.3電動(dòng)汽車用電機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀41.3.1發(fā)展經(jīng)歷41.3.2電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)51.4 本章小結(jié)5第二章 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速理論62.1異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展62.1.1大容量交流調(diào)速系統(tǒng)62.1.2中小容量變頻裝置62.2異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)理論72.2.1電機(jī)控制方法72.3本章小結(jié)8第三章 PWM調(diào)制算法基本思想103.1 PWM整流器1

10、03.1.1電壓型PWM整流器的電流控制策略研究103.1.2主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究103.1.3 PWM整流器系統(tǒng)控制策略的研究113.2 PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)113.2.1變頻調(diào)速技術(shù)123.2.2三維空間矢量調(diào)制143.2.3三維空間矢量調(diào)制算法的實(shí)現(xiàn)163.3本章小結(jié)17第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速simulink仿真模型建立184.1三相異步電機(jī)M-T坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型18V4.1.1三相籠式異步電機(jī)模型的坐標(biāo)變換194.1.2三相異步電機(jī)在SIMULINK下的仿真模型204.2仿真結(jié)果分析214.3本章小結(jié)25參考文獻(xiàn)26致 謝27V第一章 緒論1.1電動(dòng)汽車用電機(jī)的種類1.

11、1.1 無(wú)刷有齒輪減速用電機(jī) 和有刷盤(pán)形電樞有齒輪傳動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)基本相同，它也有一個(gè)靈巧的盤(pán)形電樞，甚至磁鋼排列也是一致的，本質(zhì)區(qū)別是它沒(méi)有換向器，有霍耳位置檢測(cè)裝置。它們更大的區(qū)別在控制器，有功率換向電路為電樞的每個(gè)相提供電流，有霍耳信號(hào)譯碼和編碼，以根據(jù)檢測(cè)到磁鋼n極位置，確定供電相位或方向。簡(jiǎn)樸地講，它具有有刷有齒輪傳動(dòng)電機(jī)的構(gòu)造，卻又有無(wú)刷電機(jī)的原理。1.1.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 把無(wú)齒輪傳動(dòng)的有刷直流電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子內(nèi)外對(duì)調(diào)，將繞組改成三個(gè)相做定子，磁鋼裝在電機(jī)外殼內(nèi)，取消電刷和換向器，在電樞繞組中間安裝三個(gè)霍耳傳感器，這就成為一臺(tái)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。它的形狀與圖相同。電樞內(nèi)定子如圖所示，從圖

12、中可以看到繞組嵌入定子鐵心后的外形，三相繞組引線經(jīng)壓板固定后，從軸的一端空心引出，從軸的兩端部各銑出對(duì)應(yīng)的兩個(gè)平面，可以裝入車的前口內(nèi)，上緊螺母，在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生反力矩。對(duì)有傳感器的電樞，3個(gè)霍耳傳感器按120均勻安裝在繞組有引線一端貼近外轉(zhuǎn)子磁鋼的地方。每個(gè)傳感器有3根引線，其中電源線和地線是共用的，合并后變成5根總引線，與繞組引線從軸孔中引。無(wú)刷直流電機(jī)的外轉(zhuǎn)子由720對(duì)或更多的n、s極互相交替的釹鐵硼磁鋼強(qiáng)度的磁場(chǎng)強(qiáng)度高，相對(duì)價(jià)格也較低。釹鐵硼磁鋼的居里點(diǎn)低，但外殼的散熱條件好。相反，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子或內(nèi)磁定子則采用居里溫度較高的磁鋼如釤鈷合金或其他磁場(chǎng)強(qiáng)度滿意要求的磁鋼，要求居里溫度不低于400攝

13、氏度。1.1.3 輪轂式有齒輪傳動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)該電機(jī)一半是盤(pán)形電樞有刷電機(jī)，另一半是齒輪減速兼?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)。盤(pán)形電樞是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是通過(guò)軸傳遞給第一級(jí)齒輪，經(jīng)齒輪減速帶動(dòng)輪轂外動(dòng)。輪轂式有齒輪傳動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)構(gòu)造圖，磁鋼排列的方法，電機(jī)剖面圖有刷有齒輪轂電機(jī)的盤(pán)形電樞，是薄片形，體積很小，重量特輕，安裝方便。繞組編制好之后，用樹(shù)脂加玻璃纖維放進(jìn)模內(nèi)熱成型，之后在5000r/min的轉(zhuǎn)速下高速旋轉(zhuǎn)，試驗(yàn)2分鐘，偏轉(zhuǎn)、跳動(dòng)和電樞的強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)當(dāng)合格。電機(jī)在運(yùn)行中由于電刷和換向器摩擦，又有齒輪嚙合減速，所以有刷電機(jī)的聲音比無(wú)刷電機(jī)聲音大。1.1.4 輪轂式無(wú)齒輪傳動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī) 為了適

14、應(yīng)輪轂結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化電機(jī)，將有刷電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成電樞放在外邊做轉(zhuǎn)子，磁鋼放在電機(jī)之內(nèi)做定子，多塊磁鋼配多個(gè)繞組，組成轉(zhuǎn)速為180r/min左右的低速電機(jī)。 這種電機(jī)外轉(zhuǎn)子中尚未經(jīng)過(guò)壓力整形的電樞繞組，在繞組以內(nèi)是平面環(huán)狀整潔排列的換向片。氏伺在外轉(zhuǎn)子上的間隔排列著10塊磁鋼的定子，在中間的轂板上開(kāi)有兩個(gè)孔，電刷的刷握就設(shè)在孔的背側(cè)，電刷帶著導(dǎo)線被彈簧從刷握中彈出。定子的軸端套有一個(gè)螺母，防止在加工中損傷軸的螺紋，把電刷整理好裝入刷握中，將這一端送孔中，電刷就可以接觸在換向器的孔中，電刷就可以接觸在換向器平面上，借助彈簧的彈力，對(duì)換向器壓緊，而磁鋼正好進(jìn)入外轉(zhuǎn)子繞組中，只留一個(gè)很小的環(huán)形氣隙。這個(gè)環(huán)形氣

15、隙的直徑越大，電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也越大。1.2電動(dòng)汽車用電機(jī)的特點(diǎn)1.2.1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 電池儲(chǔ)存電能，電能是以直流電的方式從電池輸出經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換器傳至電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按有刷直流電動(dòng)機(jī)和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)區(qū)分，有刷直流電動(dòng)機(jī)因維護(hù)不方便被無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)取代，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)已成為入門(mén)級(jí)電動(dòng)車所使用的最為普遍的一種類型。 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍不算寬泛，而且最高轉(zhuǎn)速僅為6000rpm左右，這樣的轉(zhuǎn)速屬性很難滿足電動(dòng)車的工況需求，所以，有些廠商通過(guò)為其匹配二級(jí)減速器或具備一定傳動(dòng)齒比范圍的CVT變速箱來(lái)彌補(bǔ)直流電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速方面的短處。顯然，這樣的技術(shù)結(jié)構(gòu)在空間布置以及重量控制方面對(duì)整車的設(shè)計(jì)都有不利的影響。當(dāng)

16、然，也可以只為電動(dòng)機(jī)匹配一個(gè)單級(jí)減速器，但車輛的動(dòng)力性能以及最高車速都會(huì)受到影響。1.2.2異步電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī)也可被歸納到交流電動(dòng)機(jī)范疇。變頻調(diào)速是電動(dòng)機(jī)首先要具備的功能，因?yàn)椋冸妱?dòng)車的車輪由電動(dòng)機(jī)組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)本身的轉(zhuǎn)速范圍即可滿足車輛的行駛需要，因此，從技術(shù)結(jié)構(gòu)來(lái)看，變速箱不再是整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的必要裝置，但是，在變頻調(diào)速的性能方面，還是對(duì)電動(dòng)機(jī)提出了較高的要求，另外，倒車也是日常駕駛時(shí)經(jīng)常遇到的問(wèn)題，所以，還需要電動(dòng)機(jī)能夠自如的在正反轉(zhuǎn)狀態(tài)間切換。異步電動(dòng)機(jī)具備變頻調(diào)速的能力，其效果相當(dāng)于我們所理解的裝配有無(wú)級(jí)變速箱的車輛在加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速較為線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。而上

17、面提到的倒車問(wèn)題，異步電動(dòng)機(jī)也可輕易通過(guò)自身正反轉(zhuǎn)的切換給予滿足。1.2.3永磁同步電動(dòng)機(jī)事實(shí)上，永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與上面提到的直流電動(dòng)機(jī)相似，這樣便可具備無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、功率密度大、調(diào)速性能好等特點(diǎn)。與此同時(shí)，由于永磁同步電動(dòng)機(jī)采用的驅(qū)動(dòng)方式不同于直流電動(dòng)機(jī)，所以，在噪音以及控制精度環(huán)節(jié)，永磁同步電動(dòng)機(jī)更勝一籌。 永磁同步電動(dòng)機(jī)的使用對(duì)于電動(dòng)車的乘坐舒適性也有幫助。通常情況下，我們把乘員艙的靜音性當(dāng)做衡量一款汽車舒適性的因素之一，對(duì)于一般用戶而言，這樣的衡量標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)車同樣適用。目前的電動(dòng)車大多只提供一級(jí)減速器，所以，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，受電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式、裝配精度以及各個(gè)部件

18、間的匹配等因素影響，車輛行駛時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)出的噪音有可能影響到車內(nèi)乘員的乘坐舒適性。當(dāng)然，我們并不能否然整車隔音工程的作用，但僅評(píng)價(jià)對(duì)噪音源的控制，永磁同步電動(dòng)機(jī)還是有一定優(yōu)勢(shì)，另外，它的體積也更小，換言之，布置更為靈活，更輕的自重對(duì)整車重量也有所貢獻(xiàn)。寶馬i3所使用的正是永磁同步電動(dòng)機(jī)。 從技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)看，永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)該成為高端電動(dòng)車必用的一個(gè)類型，但事情也沒(méi)有這么絕對(duì)，特斯拉MODEL S使用的則是上面介紹的異步電動(dòng)機(jī)類型，盡管在重量和體積方面，異步電動(dòng)機(jī)并不占優(yōu)勢(shì)，但其轉(zhuǎn)速范圍廣泛以及高達(dá)20000rpm左右的峰值轉(zhuǎn)速即使不匹配二級(jí)差速器也能夠滿足該級(jí)別車型高速巡航的轉(zhuǎn)速需求，至于重量對(duì)續(xù)

19、航里程的影響，高能量密度的18650電池能夠“掩蓋”電機(jī)重量的劣勢(shì)。此外，異步電機(jī)穩(wěn)定性優(yōu)秀也是特斯拉選擇其的重要原因。1.2.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一個(gè)很具發(fā)展?jié)摿Φ碾妱?dòng)機(jī)，在同樣具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、工作可靠、效率高等優(yōu)勢(shì)外，它的調(diào)速系統(tǒng)可控參數(shù)多和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比上述電動(dòng)機(jī)都要好。功率密度也更高，這意味著電動(dòng)機(jī)在重量更輕且功率大，當(dāng)電流達(dá)到額定電流的15%時(shí)即可實(shí)現(xiàn)100%的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。另外，更小的體積也使得電動(dòng)車的整車設(shè)計(jì)更為靈活，可以將更大的空間貢獻(xiàn)給車內(nèi)，更為重要的是，這種電動(dòng)機(jī)的成本也不高。1.3電動(dòng)汽車用電機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀電動(dòng)汽車電機(jī)是指以車載電源為動(dòng)力，電動(dòng)汽車電機(jī)用電機(jī)

20、驅(qū)動(dòng)車輪行駛，電動(dòng)汽車電機(jī)符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。由于對(duì)環(huán)境影響相對(duì)傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當(dāng)前技術(shù)尚不成熟。 電源為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)提供電能，電動(dòng)汽車電機(jī)將電源的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)裝置或直接驅(qū)動(dòng)車輪和工作裝置。目前，電動(dòng)汽車上應(yīng)用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。1.3.1發(fā)展經(jīng)歷： 永磁無(wú)刷直流電機(jī)通過(guò)改變永磁直流電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的位置，就可以得到永磁無(wú)刷直流電機(jī)。需注意到是“直流”這個(gè)術(shù)語(yǔ)會(huì)引起誤解，因?yàn)樗⒉皇侵钢绷麟姍C(jī)，實(shí)際上它采用交流方波供電，所以也稱為永

21、磁無(wú)刷方波電機(jī)。它最大的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)刷，消除了電刷帶來(lái)的許多問(wèn)題。而且方波電流方波磁場(chǎng)相互作用可以產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。 永磁無(wú)刷同步電機(jī)用永磁材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組，就能去掉傳統(tǒng)的電刷、滑環(huán)和勵(lì)磁繞組的銅損，由于采用正弦交流電及無(wú)刷結(jié)構(gòu)，又叫永磁無(wú)刷交流電機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是高能量密度和高效率，其恒功率區(qū)域有更寬的轉(zhuǎn)速范圍，并可以以矢量控制方法來(lái)滿足電動(dòng)汽車的高性能要求。 異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：異步電機(jī)其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低廉、運(yùn)行可靠、低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、低噪聲、不需要位置傳感器、轉(zhuǎn)速極限高。 異步電機(jī)矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟，使得異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此被較早應(yīng)用于電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，

22、目前仍然是電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，但已被其它新型無(wú)刷永磁牽引電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逐步取代。電動(dòng)汽車電機(jī)最大缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，成本高；相對(duì)永磁電機(jī)而言，異步電機(jī)效率和功率密度偏低。1.3.2電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)： 雖然各種各樣的驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)早已研究得很成熟,但它們并不能直接適用于電動(dòng)車,因?yàn)殡妱?dòng)車有其特有的運(yùn)行特點(diǎn),所以所用的電動(dòng)機(jī)必須滿足這些特點(diǎn)才能獲得高性能。電動(dòng)車最顯著的特點(diǎn)是頻繁的起停、加減速，而不是運(yùn)行于某一恒速下。近期電動(dòng)車主要用于在污染比較嚴(yán)重的大中城市市區(qū)固定路線行駛和某些特殊場(chǎng)合,如機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭、倉(cāng)庫(kù)、遂道和旅游區(qū)域等地方。人們對(duì)電動(dòng)車的1次充電行駛距離和最高時(shí)速有一定要求,但

23、要求不是很高。一般1次充電行駛50100km,最高時(shí)速在100kmh以內(nèi)就可滿足要求。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,電動(dòng)車要取代燃油汽車,它的性能必須可與燃油汽車相比,所以它的1次充電行駛距離和最高時(shí)速都要大大提高。另外,可靠性和價(jià)格也是人們比較關(guān)注的問(wèn)題。1.4 本章小結(jié) 本章主要概括了電動(dòng)汽車用電機(jī)的種類，有無(wú)刷有齒輪減速用電機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)輪轂式無(wú)齒輪傳動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)。以及電動(dòng)汽車用電機(jī)的特點(diǎn)，和電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)和現(xiàn)狀，電動(dòng)汽車用電機(jī)研究水平逐漸成熟，同時(shí)也能在不斷提高其性能。25第二章 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速理論 隨著交流傳動(dòng)系統(tǒng)的飛速發(fā)展,交流調(diào)速系統(tǒng)正以良好的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能廣泛應(yīng)用于業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，

24、打破了過(guò)去傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)直流調(diào)速系統(tǒng)所占的統(tǒng)治地位。二十二世紀(jì)將是交流調(diào)速占統(tǒng)治的時(shí)代。七十年代初，矢量控制技術(shù)提出以后，交流電機(jī)控制系統(tǒng)的性能不斷得到改善。目前，PWM供電的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在中小功率電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。2.1異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展由于控制理論上的突破和電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，變頻調(diào)速裝置和交流調(diào)速的發(fā)展十分迅速。2.1.1大容量交流調(diào)速系統(tǒng) 齒1980年8月東芝公司為日本大同特殊鋼公司星崎鋼廠二重式可軋機(jī)提供的晶閘管交一交變頻器供電的籠型異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)投產(chǎn)，額定功率180OkW，在世先采用矢量變換控制原理實(shí)現(xiàn)了大容量交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，揭開(kāi)了大容量、高性能交流傳

25、動(dòng)系統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用的序幕。15年來(lái),大容量交流傳動(dòng)系統(tǒng)的容量不斷擴(kuò)大,性能不斷提高,其發(fā)展方向是多品種、數(shù)字化控制、提高性能指標(biāo)和擴(kuò)大單機(jī)容量。在控制技術(shù)方面，新的大容量交流傳動(dòng)系統(tǒng)大都采用多微處理機(jī)(CPU)全數(shù)字化控制。多CPU及高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP的應(yīng)用大大提高了計(jì)算和處理速度，不但能夠快速完成多任務(wù)，而且促使諸如狀態(tài)觀廁器、參數(shù)估計(jì)器、仿真器、非線性解禍等現(xiàn)代控制理論和技術(shù)的實(shí)用化，大大提高了系統(tǒng)的控制性能。2.1.2中小容量變頻裝置 習(xí)慣上把60k0w以下的變頻調(diào)速系統(tǒng)劃分為中、小容量范圍。中、小容量變頻裝置發(fā)展的特點(diǎn)是通用化、系列化和規(guī)?；a(chǎn)。1本是世界上變頻器產(chǎn)量最大的國(guó)家，中

26、、小容量變頻器在中國(guó)的市場(chǎng)也最大。以富士、三肯公司最早,其后很多公司的產(chǎn)品也先后進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。歐美不少?gòu)S家的產(chǎn)品也進(jìn)入了中國(guó)市場(chǎng),如美國(guó)AB公司，英國(guó)的CT公司，德國(guó)的Siemens公司，歐洲的ABB公司、AEG公司等。中、小容量變頻器兒一乎全都采用一極管整流自關(guān)斷器件逆變的交一直一交電壓型變頻控制方式，輸出正弦波電流。一最新的產(chǎn)品全都采用微機(jī)全數(shù)字-化控制。通用化是中、小容量變頻器最突出的特點(diǎn)，其表現(xiàn)為:1.輸出頻率范圍寬目前通用變夠頁(yè)器的頻日前,中、小容量變頻器l王朝著小型化、低噪聲、智能化和高性能的方向發(fā)展。IGBT的開(kāi)關(guān)頻率可以超過(guò)20kHz，可以使變頻器輸出電流的諧波很小并實(shí)現(xiàn)靜音。

27、專用集成電路、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)列陣以及計(jì)算機(jī)一電路一體化的智能功率模塊器件的應(yīng)用，使變頻器的體積大大減小。已制成了將控制器、驅(qū)動(dòng)電路、功率變流器集成為一體的微型變頻器，如日本富士公司的KST系列和三菱公司的FRZ系列變頻器。美國(guó)一家公司最近推出的變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)己將變頻器裝入電動(dòng)機(jī)中，成為真正的智能電機(jī)。2.2異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)理論 異步電機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)后，調(diào)速范圍廣，調(diào)速時(shí)因滑差功率不變而附加能量損失，是一種性能優(yōu)良的高效調(diào)速方式，是交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)發(fā)展的主要方向。2.2.1電機(jī)控制方法 一變頻調(diào)速控制理論技術(shù)的發(fā)展主要由標(biāo)量控制向高動(dòng)態(tài)性能的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制發(fā)展和無(wú)速度傳感器的矢量

28、控制和直接轉(zhuǎn)矩控制方面發(fā)展。 變頻調(diào)速出現(xiàn)的早期,電機(jī)控制技術(shù)主要是恒壓頻比控制,即電壓與頻率協(xié)調(diào)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合,此種控制方式可以實(shí)現(xiàn)高效率的調(diào)速;但是當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)用于乳鋼機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、載客電梯等高性能調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)需要較高的動(dòng)態(tài)性能,僅靠恒壓頻比控制不能達(dá)到要求,因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)這種情況進(jìn)行了大量的學(xué)術(shù)研究。 二十世紀(jì)八十年代中期，德國(guó)魯爾大學(xué)的教授又提出一種稱為直接轉(zhuǎn)矩控制的交流電機(jī)控制理論。隨后日本的教授等人也提出了類似的控制理論并取得良好的控制效果。 近十多年,各國(guó)學(xué)者和研究部門(mén)致力于無(wú)速度傳感器控制系統(tǒng)的研究利用檢測(cè)的定子電壓、電流來(lái)對(duì)

29、速度進(jìn)行估量計(jì)算，減少了速度傳感器的使用使整個(gè)控制系統(tǒng)更加可靠、經(jīng)濟(jì)。目前已經(jīng)研制出了無(wú)速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制和矢量控制系統(tǒng)的實(shí)用產(chǎn)品。近幾年來(lái)，智能控制研究比較活躍,并在很多領(lǐng)域得到了推廣和應(yīng)用，典型的如模糊自尋優(yōu)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和基于專家系統(tǒng)的控制等。 隨著高頻化、大容量、綠色化的新型電力電子器件如雨后春 般涌現(xiàn),變頻技術(shù)也有了快速的飛躍。 二十世紀(jì)六十年代中期，由普通晶鬧管、小功率晶體管構(gòu)成的方波形逆變器進(jìn)入了實(shí)用化七十年代后，全控型高頻率 關(guān)器件的發(fā)展為PWM(脈寬調(diào)制)控制技術(shù)做了鋪塾,此后PWM逆變器、SPWM逆變器的應(yīng)用得以推廣，然而任何事物都不可能十全十美,SPWM逆變器

30、也一樣,隨著人們的使用逐漸發(fā)覺(jué)SPWM控制的逆變器直流饋電利用率低、并產(chǎn)生一些對(duì)電機(jī)不利的高次諧波,為了克服這些缺點(diǎn)及滿足人們的要求,不少學(xué)者又研究出SVPWM(空間矢量脈寬調(diào)制)控制策略，SVPWM控制的逆變器是通過(guò)空間電壓矢量的方法來(lái)控制構(gòu)成逆變器的全控器件的導(dǎo)通與關(guān)斷 電流跟蹤型PWM逆變器是電流控制型的電壓源逆變器,現(xiàn)在廣泛使用的電流跟蹤型PWM逆變器主要有三角波比較方式的電流跟蹤型PWM逆變器和滯環(huán)電流跟蹤型PWM逆變器，他們具有電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、實(shí)現(xiàn)方便。 輸出電流包含諧波少等特點(diǎn)。目前隨著器件開(kāi)關(guān)頻率的提高，并借助于控制模式的優(yōu)化以消除指定諧被，己使PWM逆變器的輸出波形比較接近正

31、弦波，但在電網(wǎng)側(cè),盡管用不可控整流器取代了相控整流器，使基波功率因數(shù)提高了，然而還存在較大的電流諧波分量,總的功率因數(shù)沒(méi)有得到提高，所以消除對(duì)電網(wǎng)的諧波污染和實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)是變頻技術(shù)不可回避的問(wèn)題。 對(duì)于大功率PWM逆變器來(lái)說(shuō),其工作頻率的提高會(huì)受開(kāi)關(guān)損耗的限制，因?yàn)檫@類逆變器的工作頻率主要取決于開(kāi)關(guān)損耗，并且開(kāi)關(guān)的過(guò)程伴隨電磁干擾。對(duì)此人們開(kāi)始研究軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，將其應(yīng)用到逆變器中，像諧振型逆變器，它運(yùn)用諧振技術(shù)使功率器件正好在零電壓或零電流下導(dǎo)通或關(guān)斷，這樣使得開(kāi)關(guān)損耗幾乎變?yōu)榱?，工作頻率得到很大提高,是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ淖冾l器。 隨著變頻器的廣泛應(yīng)用其可靠性也是大家關(guān)注的重點(diǎn)，如在航空航天

32、、軍事船舶等領(lǐng)域，當(dāng)逆變器驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)出現(xiàn)故障后,希望能自動(dòng)排除故障而繼續(xù)運(yùn)行。要想達(dá)到這一目的，必須對(duì)逆變器供電的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出更高的要求。目前人們根據(jù)變頻器故障檢測(cè)與診斷方法的分析正致力于研究具有容錯(cuò)設(shè)計(jì)的變頻器，將容錯(cuò)技術(shù)應(yīng)用到變頻器內(nèi)部的功率器件中，對(duì)提高系統(tǒng)可靠性、工業(yè)生產(chǎn)和航空航天事業(yè)具有重要意義。2.3本章小結(jié)目前變頻調(diào)速已經(jīng)成為異步電機(jī)最重要的調(diào)速方式，在很多領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，隨著一些新技術(shù)新理論在異步電機(jī)變頻調(diào)速中的應(yīng)用，如矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無(wú)速度傳感器技術(shù)等，它將向更高性能、更大容量智能化等方向發(fā)展。第三章 PWM調(diào)制算法基本思想3.1 PWM整流器 在20世

33、紀(jì)80年代,人們開(kāi)始研究PWM整流器。1982年BusseAlfredHoltzJ0achim提出了采用可關(guān)斷器件的三相全橋PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其網(wǎng)側(cè)電流幅相控制策略。1984年提出了整流器的無(wú)功補(bǔ)償器控制策略。20世紀(jì)80年代末A.W.Green等在坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)上提出了PWM整流器連續(xù)、離散動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制策略。從此,PWM整流器的研究發(fā)展到了一個(gè)新的高度。 自20世紀(jì)90年代以來(lái),PWM整流器一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的和研究的熱點(diǎn)。隨著研究的深入，基于PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制的拓展，相關(guān)的應(yīng)用研究也發(fā)展起來(lái)。這些應(yīng)用技術(shù)的研究，又促進(jìn)了PWM整流器及其控制技術(shù)的進(jìn)步和完善。3.1.1電壓型

34、PWM整流器的電流控制策略研究 網(wǎng)側(cè)電流的控制策略的研究對(duì)于整流器的性能來(lái)說(shuō)是非常重要的。在PWM整流器技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，PWM整流器的電流控制策略主要有直接電流控制和間接電流控制兩種。其中直接電流控制方式網(wǎng)側(cè)電流響應(yīng)速度較快，控制精度較高，但同時(shí)系統(tǒng)成本較高，間接電流控制方式成本較低，但其動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢，控制效果相對(duì)較差。3.1.2主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究 從PWM整流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)看，可分為電流型和電壓型兩類。而對(duì)于不同功率等級(jí)以及不同的用途，人們研究了各種不同的PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在小功率應(yīng)用場(chǎng)合。 PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究只要集中在減少功率開(kāi)關(guān)和改進(jìn)直流輸出性上。對(duì)于大功率PWM整流器,

35、其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究主要集中在多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、變流器組合以及軟開(kāi)關(guān)技術(shù)上。而在大電流應(yīng)用場(chǎng)合下，常采用變流器組合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即將獨(dú)立的電流型PWM整流器進(jìn)行并聯(lián)組合。 與此相似,也可將獨(dú)立的電壓型PWM整流器進(jìn)行串聯(lián)移相組合,以適應(yīng)高壓大容量的應(yīng)用場(chǎng)合。此外,在大功率的PWM整流器設(shè)計(jì)上,還研究了基于軟開(kāi)關(guān)控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相應(yīng)的控制策略,然而這一技術(shù)還有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。3.1.3 PWM整流器系統(tǒng)控制策略的研究控制策略是決定PWM整流器發(fā)展的關(guān)鍵因素，PWM整流器的控制對(duì)象是輸入電流和輸出電壓。因?yàn)閼?yīng)用PWM整流器的目的是使輸入電流正弦化，從而使系統(tǒng)達(dá)到單位功率因數(shù)運(yùn)行，因此對(duì)網(wǎng)側(cè)輸入電流的控制是

36、關(guān)鍵。現(xiàn)階段PWM整流器系統(tǒng)的控制策略主要包括:1、無(wú)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)傳感器及無(wú)網(wǎng)側(cè)電流傳感器控制;2、基于LYNPOUL穩(wěn)定性理論的PWM整流器控制;3、PWM整流器的時(shí)間最優(yōu)控制; 4、電網(wǎng)不平衡條件下的PWM整流器控制。 3.2 PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)本文設(shè)計(jì)的雙PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)為交一直一交結(jié)構(gòu),整流器采用三相電壓型PWM整流器。雙PWM型變頻調(diào)速系統(tǒng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)主電路拓?fù)鋱D 由圖2一1可以看出,PWM整流技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的不可控整流部分進(jìn)行的改進(jìn)，關(guān)鍵在于用全控性功率開(kāi)關(guān)器件代替了不可控二極管或半控型功率開(kāi)關(guān)器件。 PWM斬控整流取代了二極管不可控整流或晶閘

37、管相控整流。它直接對(duì)三相橋上各功率管進(jìn)行控制，使輸入電流波形可以接近正弦,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)控制。雙PWM型頻調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，從而達(dá)到能量雙向傳送的目的。根據(jù)能量的流向,雙PWM變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可分為兩種：1、能量由三相交流電網(wǎng)流向電動(dòng)機(jī)負(fù)載 當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于拖動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，能量由交流電網(wǎng)經(jīng)系統(tǒng)中的整流器流向逆變器。 此時(shí),整流器工作在整流狀態(tài)下，使用PWM方式控制交流網(wǎng)側(cè)的電流與電網(wǎng)相電壓同相位,實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流。逆變器工作在逆變狀態(tài)下,逆變橋開(kāi)關(guān)管在PWM控制下輸出頻率與幅值可調(diào)的正弦電壓信號(hào),實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的變頻調(diào)速。2、電動(dòng)機(jī)再生能量饋入三相交流電網(wǎng) 在變頻調(diào)速過(guò)程中，當(dāng)

38、電動(dòng)機(jī)處于減速運(yùn)行時(shí),由于負(fù)載慣性作用進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。 此時(shí),逆變器工作在整流狀態(tài)下。交流電動(dòng)機(jī)的再生能量經(jīng)由逆變器中開(kāi)關(guān)元件和續(xù)流二極管向中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能電容充電,使電容器兩端電壓升高;整流器工作在有源逆變狀態(tài)下，其開(kāi)關(guān)元件在PWM控制方式下，將能量饋入交流電網(wǎng)中,完成能量的雙向流動(dòng)。 同時(shí)，由于PWM整流器閉環(huán)控制作用，以及所使用的自關(guān)斷器件的開(kāi)關(guān)頻率的大幅提高，使饋入電網(wǎng)的電流為與電網(wǎng)相電壓相反的正弦波,系統(tǒng)的功率因數(shù)約等于1?；厥樟嗽偕芰?提高了系統(tǒng)功率因數(shù)，消除了變頻裝置對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。 因此，從實(shí)質(zhì)上來(lái)看，交一直一交電壓型的雙PWM型變頻調(diào)速系統(tǒng)是PWM整流器和變頻調(diào)速技術(shù)的綜

39、合體。3.2.1變頻調(diào)速技術(shù) PWM整流器可分為電流型和電壓型兩大類,本文主要研究的是三相電壓型PWM整流器。電壓型整流器最顯著拓?fù)涮卣骶褪侵绷鱾?cè)采用電容進(jìn)行直流儲(chǔ)能,從而使VSR直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。下面介紹其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 所示的三相VSR主電路由交流回路、功率開(kāi)關(guān)橋路及直流回路組成。其中交流回路包括交流電壓u以及網(wǎng)側(cè)電感L和網(wǎng)側(cè)等效電阻R;直流回路包括直流電容C負(fù)載電阻RL和負(fù)載電壓EL等。 圖3.2.1三相VSR主電路下面分別闡述三相VSR各個(gè)組成部分在系統(tǒng)中的作用及其對(duì)系統(tǒng)的影響(1) 三相對(duì)稱電壓源當(dāng)三相VSR系統(tǒng)工作在整流狀態(tài)時(shí)，作為能量輸出端，為系統(tǒng)提供能量及電壓相位信息。 當(dāng)

40、三相VSR系統(tǒng)工作在逆變狀態(tài)時(shí)，作為回饋能量的接受端，吸收電機(jī)產(chǎn)生的能量。(2)交流側(cè)電感當(dāng)三相VSR系統(tǒng)工作在整流狀態(tài)時(shí),能量由網(wǎng)側(cè)流向直流側(cè)電容。在這個(gè)過(guò)程中，能量先儲(chǔ)存在電感中，然后經(jīng)由整流橋變換到直流側(cè)電容，實(shí)現(xiàn)PWM整流。當(dāng)三相VSR系統(tǒng)工作在逆變狀態(tài)時(shí)，過(guò)程與此相反。此外，交流側(cè)電感還有濾除網(wǎng)側(cè)電流諧波的作用，但是電感值的選取要仔細(xì)計(jì)算，電感值過(guò)小，大量電流諧波注入電網(wǎng)，造成電網(wǎng)污染，電感值過(guò)大，隨可以抑制三相VSR對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，但是會(huì)影響系統(tǒng)的相應(yīng)速度。(3)功率開(kāi)關(guān)器件系統(tǒng)中可控部分，通過(guò)三個(gè)橋上下橋臂的導(dǎo)通與關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)。反并聯(lián)二級(jí)開(kāi)關(guān)管不導(dǎo)通時(shí),為電流提供續(xù)

41、流回路。(4)直流側(cè)電容直流側(cè)儲(chǔ)能元件，系統(tǒng)處于整流狀態(tài)時(shí)，用于儲(chǔ)存電網(wǎng)傳輸過(guò)來(lái)的能量;系統(tǒng)工作在有源逆變狀態(tài)時(shí)，緩沖逆變側(cè)回饋過(guò)來(lái)的能量。同時(shí)濾除直流電壓脈動(dòng)。電容值選擇越大，直流電壓諧波越小，抗擾動(dòng)能力越強(qiáng)，但響應(yīng)速度受到的影響越大。3.2.2三維空間矢量調(diào)制 為三相逆變器一般是采用3個(gè)橋臂組成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以采用兩維空間矢量PWM進(jìn)行調(diào)制，算法比較簡(jiǎn)單。為了給不平衡負(fù)載進(jìn)行供電，采用增加一個(gè)橋臂的方法構(gòu)成四橋臂三相逆變器，提供一個(gè)附加電流支路以抑制不平衡負(fù)載，達(dá)到對(duì)稱輸出。四橋臂三相逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示，三維空間矢量PWM調(diào)制常常采用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1、 三維空間矢量PWM的原理。 二

42、維空間矢量調(diào)制的方法來(lái)源于交流調(diào)速中準(zhǔn)圓形磁通的控制思想。對(duì)于傳統(tǒng)的三相三橋臂逆變器，通過(guò)從8種開(kāi)關(guān)狀態(tài)中選擇合適的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，來(lái)合成所需的電壓矢量,使磁通為給定的圓，則輸出電壓就為三相正弦波10。各橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)由下式表達(dá)： SI=01(I=a,b,c) （3.2.2-1）對(duì)于每個(gè)橋臂,0表示上管關(guān)斷下管開(kāi)通，表示下管關(guān)斷上管開(kāi)通。2、 三維空間矢量的空間劃分。 很多文獻(xiàn)都對(duì)空間矢量調(diào)制的算法進(jìn)行了描述本文在二維空間矢量調(diào)制的基礎(chǔ)上，對(duì)三維空間矢量調(diào)制的算法進(jìn)行分析總結(jié)。在進(jìn)行算法設(shè)計(jì)時(shí),首先必須確定三相輸出所需要的合成電壓矢量,它可由(3)式、(4)式得到，這是選取開(kāi)關(guān)狀態(tài)的關(guān)鍵。 確定了V

43、REF后,就要從圖2所示的14個(gè)非零電壓矢量中選擇與VREF相鄰的3個(gè)矢量。由于多了一維，它比二維空間矢量中的選擇10要復(fù)雜一些。必須對(duì)圖2所示的三維空間矢量圖進(jìn)行分區(qū)，以便確定合成VREF所需的矢量及其作用時(shí)間。首先根據(jù)圖2中的三維矢量在-平面上的投影，如圖3a所示,將圖2中的六棱柱分為6個(gè)三棱柱。 圖 3.2.2三維空間矢量圖 (3.2.2-2)3.2.3三維空間矢量調(diào)制算法的實(shí)現(xiàn)在通過(guò)上述的分區(qū)，在確定了VRFF所屬的三棱柱和四面體后，就可以很容易選出與其相鄰的3個(gè)非零矢量。下一步就是如何用它們來(lái)合成。假設(shè)與VREF相鄰的非零向量為V1、V2、V3，在一個(gè)采樣周期Ts內(nèi)，由于零矢量作用對(duì)

44、合成不產(chǎn)生影響，V1、V2、V3各自作用的時(shí)間就成了合成的關(guān)鍵。設(shè)它們作用的占空比分別為d1、d2、d3。 （3.2.3-1） （3.2.3-2）以上就是三維空間矢量調(diào)制的具體方法。無(wú)論VREF處于什么位置，矢量選擇的方法都是一樣的。在此要說(shuō)明一點(diǎn),如果計(jì)算出3個(gè)非零矢量作用的時(shí)間之和超過(guò)了采樣周期Ts，此情況稱為過(guò)調(diào)制,作用時(shí)間近似取為 （3.2.3-3)3.3本章小結(jié)本文在傳統(tǒng)二維空間矢量調(diào)制的基礎(chǔ)上，對(duì)三維空間矢量PWM調(diào)制進(jìn)行了詳細(xì)描述，給出了具體的算法及其實(shí)現(xiàn)步驟。仿真表明,三維空間矢量PWM調(diào)制技術(shù)可以很好地對(duì)三相四橋臂逆變器進(jìn)行控制，得到很好的輸出電壓波形，也驗(yàn)證了三維空間矢量P

45、WM調(diào)制技術(shù)的正確性。此外，由于DSP具有快速運(yùn)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，完成空間矢量調(diào)制運(yùn)算的時(shí)間非常短，因而SVPWM很容易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,這也為三維空間矢量PWM調(diào)制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。第四章 三相異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速simulink仿真模型建立隨著電機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展, 越來(lái)越多的交流調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)取代了直流調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用。由于異步電機(jī)是一種復(fù)雜的多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng), 所以利用計(jì)算機(jī)仿真的辦法構(gòu)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行異步電機(jī)的分析是一種很好的研究手段。4.1三相異步電機(jī)M-T坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜，分析和求解這組非線性方程十分困難。異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模

46、型之所以復(fù)雜，關(guān)鍵是因?yàn)橛幸粋€(gè)復(fù)雜的6電感矩陣, 它體現(xiàn)了影響磁鏈和受磁鏈影響的復(fù)雜關(guān)系。因此要簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，必須從簡(jiǎn)化磁鏈關(guān)系入手, 簡(jiǎn)化的基本方法就是坐標(biāo)變換。任意對(duì)稱的多相繞組，通入平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，當(dāng)然以兩相最為簡(jiǎn)單。由于兩相繞組相互垂直，消除了繞組間的互感，從而減少了繞組間的耦合。不同電動(dòng)機(jī)模型彼此等效的原則是: 在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)完全一致。本文按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系M-T建立模型，令M軸與機(jī)的轉(zhuǎn)子總磁鏈的方向一致，即把M軸定向到r的方向，所以轉(zhuǎn)子磁鏈在T軸方向就無(wú)分量。(4.1-1) 從上述方程中可以得出同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型與直流電機(jī)的數(shù)學(xué)

47、模型是一致的，也就是說(shuō)， 若以定子電流為輸入量，按同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系建立三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可以等效于直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。同時(shí)使轉(zhuǎn)子磁鏈r僅由定子電流勵(lì)磁分量ism產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦。充分體現(xiàn)了在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立三相異步電機(jī)模型的優(yōu)勢(shì)。4.1.1三相籠式異步電機(jī)模型的坐標(biāo)變換由三相靜止坐標(biāo)系變換到M-T坐標(biāo)系要先將三相靜止電壓先變換到兩相靜止電壓再將其變換到M-T坐標(biāo)系下, 其中三相靜止變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換系數(shù)為電壓變換矩陣如下: (4.1.1-2)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的要求電機(jī)仿真模型的輸出量為三相靜止電流、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩， 所以要將M-T坐標(biāo)系下的電流變換到三相靜止電流?？梢岳迷鰪V矩陣的方法把(8)式中的矩陣擴(kuò)成方陣，求其逆矩陣后再除去增加的一列