第八章交流調(diào)速系統(tǒng)的Matlab仿真

（優(yōu)選）第八章交流調(diào)速系統(tǒng)的Matlab仿真現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二8.1.1交流調(diào)速系統(tǒng)仿真中常用模塊簡(jiǎn)介

1.交流電動(dòng)機(jī)模塊在Matlab模塊庫(kù)中，交流異步電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)模塊，一個(gè)是使用標(biāo)幺值單位制，路徑為SimPowerSystems/Machines/AsynchronousMachinepuUnits，另一個(gè)是國(guó)際單位制，路徑為SimPowerSystems/Machines/AsynchronousMachineSIUnits，前者輸出信號(hào)的單位均為標(biāo)幺值，后者輸出信號(hào)的單位均為國(guó)際單位制。異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)通過(guò)電動(dòng)機(jī)模塊的參數(shù)對(duì)話(huà)框來(lái)輸入。對(duì)話(huà)框如圖8-1所示。現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二在電機(jī)設(shè)置的對(duì)話(huà)框中，Rotortype是繞組類(lèi)型列表框：分繞線式（Wound）和鼠籠式（Squirrel-cage）兩種。Referenceframe是參考坐標(biāo)系列表框，有靜止坐標(biāo)系（Stationary），轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系（Rotor）和同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（Synchronous）三種。額定參數(shù)：額定功率（單位：W），線電壓（單位：V），頻率f（單位：Hz）。定子繞組（Stator）參數(shù)有：定子電阻

（單位：Ohms）和定子漏感

（單位：H），轉(zhuǎn)子繞組（Rotor）參數(shù)有：轉(zhuǎn)子電阻

（單位：Ohms）和轉(zhuǎn)子漏感

（單位：H），互感（Mutualinductance）

（單位：H），轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（Inertia）J（單位

），摩擦系數(shù)（frictionfactor）、極對(duì)數(shù)（pairsofpoles）P等?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二2.交流電動(dòng)機(jī)測(cè)量單元模塊交流電動(dòng)機(jī)測(cè)量單元模塊路徑為SimPowerSystems/Machines/MachinesMeasurementDemux,其參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框如圖8-2所示?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二3.函數(shù)記錄儀模塊函數(shù)記錄儀模塊路徑為Simulink/Sinks/XYGraph，它是用來(lái)記錄X軸和Y軸數(shù)值的大小，坐標(biāo)上下限可調(diào)。此模塊常用于交流電機(jī)定、轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二單閉環(huán)交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的建模

圖8-3交流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速仿真模型現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二1系統(tǒng)的建模與模型參數(shù)設(shè)置1）主電路建模與參數(shù)設(shè)置

主電路是由三相對(duì)稱(chēng)電源、晶閘管組成的三相交流調(diào)壓器、交流異步電動(dòng)機(jī)、電機(jī)測(cè)量單元、負(fù)載等部分組成。

三相電源建模與參數(shù)設(shè)置與直流調(diào)速系統(tǒng)相同。交流電動(dòng)機(jī)模塊采用國(guó)際制，參數(shù)設(shè)置：繞組類(lèi)型取鼠籠型，線電壓取380V,頻率取50Hz。其它參數(shù)是電機(jī)本體模塊參數(shù)的默認(rèn)值。電機(jī)測(cè)量單元模塊參數(shù)設(shè)置：電機(jī)類(lèi)型取異步電動(dòng)機(jī)，在定子電流、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩選項(xiàng)前面打“√”，表明只觀測(cè)這些物理量。電機(jī)負(fù)載為20?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二交流調(diào)壓器的建模與參數(shù)設(shè)置

取六個(gè)晶閘管模塊（路徑為SimPowerSystems/PowerElectronics/Thyristor），模塊符號(hào)名稱(chēng)依此改寫(xiě)為“1”、“2”、….“6”。按照?qǐng)D8-4(a)排列，為了避免在把這些模塊在封裝時(shí)多出的那些測(cè)量端口，采用Terminator模塊（路徑：Simulink/Sinks/Terminator），封鎖各晶閘管模塊的“E”端（測(cè)量端），在模型的輸出端口分別標(biāo)上“a”、“b”、“c”，模型的輸入端口分別標(biāo)上“Ua”、“Ub”、“Uc”，晶閘管參數(shù)取默認(rèn)值。取Demux模塊，參數(shù)設(shè)置為“6”，表明有6個(gè)輸出，按照?qǐng)D8-4(a)中聯(lián)接?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二交流調(diào)壓器仿真模型及封裝后子系統(tǒng)現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二控制電路仿真模型的建立與參數(shù)設(shè)置

控制電路是采用給定信號(hào)模塊、調(diào)解器模塊、信號(hào)比較環(huán)節(jié)模塊，6脈沖同步觸發(fā)器裝置等組成。同步6脈沖觸發(fā)裝置是采用6脈沖觸發(fā)器和三個(gè)電壓測(cè)量模塊封裝而成，封裝方法及參數(shù)設(shè)置同直流調(diào)速系統(tǒng)相同；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)置比例放大系數(shù)Kp為10，積分放大系數(shù)Ki為5。上下限幅為[10-10]。對(duì)于反饋環(huán)節(jié)，取兩個(gè)Gain模塊，一個(gè)參數(shù)設(shè)置為30/3.14，表示把電機(jī)的角速度轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速，另一個(gè)參數(shù)設(shè)置為0.01，表示系統(tǒng)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為0.01。仿真選擇算法為ode23tb，仿真開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為5.0s。現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二仿真結(jié)果看，在轉(zhuǎn)速?gòu)牧闵仙^(guò)程中，電機(jī)電流較大，到電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，電機(jī)電流也保持不變。電機(jī)起動(dòng)階段，定子磁鏈波動(dòng)較大，穩(wěn)態(tài)后，定子磁鏈?zhǔn)莻€(gè)圓形現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二

初學(xué)者在交流調(diào)速系統(tǒng)中仿真中，往往會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題有：開(kāi)始仿真時(shí)候軟件有時(shí)會(huì)提示：“Yourmodelhasnomeasurementblock”,從而使仿真無(wú)法進(jìn)行下去。為了避免這種情況發(fā)生，可以在模型中加入Multimeter模塊（路徑為：SimPowerSystems/Measurements/Multimeter），這樣就能夠使仿真順利進(jìn)行；第二種情況，仿真結(jié)果轉(zhuǎn)速為負(fù)值，這是因?yàn)殡姍C(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，需要重新調(diào)整電機(jī)本體或其它環(huán)節(jié)參數(shù)。直流調(diào)速系統(tǒng)仿真時(shí)，如果電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速降到零后，仿真就會(huì)中止。這也是交流調(diào)速系統(tǒng)仿真和直流調(diào)速系統(tǒng)仿真不同的地方?，F(xiàn)在是13頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二8.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真

8.2變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真SPWM工作原理就是以期望的正弦波作為調(diào)制波，以等腰三角波作為載波，兩者相交的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通，從而獲得一系列等幅不等寬的矩形波，按照波形面積等效原則，這個(gè)一系列矩形波就和正弦波等效。改變調(diào)制波的頻率和波幅就能達(dá)到同時(shí)變頻變壓的調(diào)速的要求。現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二SPWM調(diào)速系統(tǒng)仿真模型現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二1.主電路模型的建立和參數(shù)設(shè)置

主電路是由交流異步電動(dòng)機(jī)本體模塊、逆變器模塊UniversalBridge（路徑為SimPowerSystems/PowerElectronics/UniversalBridge）、電機(jī)測(cè)量單元模塊、電源和負(fù)載等組成。逆變器模塊參數(shù)設(shè)置如圖8-7所示現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二2.控制電路建模與參數(shù)設(shè)置

在Matlab庫(kù)中，有現(xiàn)成的SPWM模塊，其模塊名為DiscretePWMGenerator。模塊路徑為SimPowerSystems/ExtraLibrary/DiscreteControlBlocks/DiscretePWMGenerator。設(shè)置參數(shù)如圖8-8所示。從參數(shù)對(duì)話(huà)框中可以看出載波頻率可調(diào)。現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二仿真選擇算法為ode23tb，仿真開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為5.0s。從仿真結(jié)果看，在電機(jī)轉(zhuǎn)速上升過(guò)程中，電機(jī)定子電流較大，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，電機(jī)電流也跟著穩(wěn)定下來(lái)?，F(xiàn)在是18頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二

SPW外置波調(diào)速系統(tǒng)仿真。

SPWM外置調(diào)制波的仿真模型現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二。從仿真模型上看，主電路與內(nèi)置調(diào)制波控制調(diào)速系統(tǒng)相同，但在控制電路中，在DiscretePWMGenerator模塊參數(shù)設(shè)置上，把此對(duì)話(huà)框里的“Internalgenerationofmodulatingsignal(s)”前面復(fù)選框的“√”去掉，則控制器就有了輸入端，取正弦波信號(hào)模塊SineWave（路徑為Simulink/Sources/SineWave）,參數(shù)設(shè)置：正弦波幅值為0.8，頻率為314rad/sec（50Hz），初始相位角為0rad。另外兩個(gè)正弦波模塊幅值、頻率相同，但要把初始相位角依此改為4*3.14/3、2*3.14/3即可。注意：正弦波信號(hào)模塊頻率的單位是rad/sec，也即通常所說(shuō)的

，它與頻率單位為Hz的關(guān)系為

，初始相位角單位是rad,也即通常所說(shuō)的弧度單位。

再取Mux模塊，路徑為Simulink/SignalRouting/Mux，參數(shù)設(shè)置為3，表示有3個(gè)輸入，按照?qǐng)D8-10連接即可?，F(xiàn)在是20頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二外置調(diào)制波的SPWM仿真結(jié)果從仿真結(jié)果來(lái)看，內(nèi)置與外設(shè)的正弦波大致相同，這是由于兩者調(diào)制波設(shè)置參數(shù)有區(qū)別不大造成的。隨著調(diào)制波頻率的變化，輸出電壓也隨之變化，從而保證了電壓和頻率之比恒定。轉(zhuǎn)速也跟著變化?，F(xiàn)在是21頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二電流滯環(huán)跟蹤控制調(diào)速系統(tǒng)仿真

電流跟蹤滯環(huán)控制就是按照給定的電流信號(hào)，通過(guò)電機(jī)定子電流與給定正弦波電流信號(hào)相比較，當(dāng)二者偏差超過(guò)一定值時(shí)，改變開(kāi)關(guān)器件的通斷，使逆變器的輸出電流增大或減小，電流波形作鋸齒波變化，將輸出電流與給定電流的偏差在一定范圍內(nèi)，電機(jī)定子電流接近正弦波。現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二電流跟蹤滯環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二主電路模型建立與參數(shù)設(shè)置

主電路模型是由異步電動(dòng)機(jī)本體模塊、電機(jī)測(cè)量模塊、逆變器模塊、直流電源等組成。電動(dòng)機(jī)模塊和負(fù)載模塊與上節(jié)相同。直流電源參數(shù)改為780V。在電機(jī)測(cè)量單元模塊定子電流輸出上，采用Demux模塊把三相定子合成信號(hào)分解，目的是為了檢測(cè)一相電流波形。然后再用Mux模塊把三個(gè)定子電流信號(hào)合成輸入到電流滯環(huán)控制器；逆變器是選用Universalbridge，在參數(shù)設(shè)置的對(duì)話(huà)框中橋臂數(shù)Numberofbridgearms取3，電力電子器件取IGBT/Diodes。其它為參數(shù)默認(rèn)值；負(fù)載轉(zhuǎn)矩取5。現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二2.控制電路建模與參數(shù)設(shè)置

電流滯環(huán)跟蹤控制器模型是由Sum模塊、Relay模塊和DataTypeConversion等模塊組成。Sum模塊參數(shù)設(shè)置：把模塊形狀改成矩形（形狀改變對(duì)仿真無(wú)任何影響），在參數(shù)對(duì)話(huà)框上把信號(hào)的相互作用寫(xiě)成“-+”即可。Relay具有繼電性質(zhì)，其路徑為：Simulink/Discontinuities/Relay。參數(shù)設(shè)置主要是環(huán)寬的選擇，取大可能造成電流波形誤差較大，取小雖然使得輸出電流跟蹤給定的效果更好，但也會(huì)使得開(kāi)關(guān)頻率增大，開(kāi)關(guān)的損耗增加。本次仿真滯環(huán)模塊參數(shù)設(shè)置如圖8-14所示：現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二滯環(huán)模塊參數(shù)設(shè)置現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二電流跟蹤控制器仿真模型及封裝后子系統(tǒng)現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二給定信號(hào)模型的建立與參數(shù)設(shè)置給定信號(hào)為三個(gè)正弦波信號(hào)，取三個(gè)正弦波信號(hào)模塊SineWave，參數(shù)設(shè)置：正弦波幅值為50，頻率為314，初始相位角為0。另外兩個(gè)正弦波模塊幅值、頻率相同，但初始相位角依分別為12.56/3、6.28/3。把三個(gè)正弦波信號(hào)用Mux模塊合成一個(gè)三維矢量信號(hào)加入電流跟蹤控制器模型一個(gè)輸入端。仿真選擇算法為ode23tb，仿真開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為2.0s。其它為默認(rèn)值?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二仿真結(jié)果現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二電壓空間矢量調(diào)速系統(tǒng)仿真

電壓空間矢量調(diào)速系統(tǒng)是把電動(dòng)機(jī)和逆變器看成一個(gè)整體，按照跟蹤圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)控制逆變器工作，從理論上說(shuō)，就調(diào)速性能而言，應(yīng)該比SPWM和電流滯環(huán)控制更好些。本次仿真只是初步說(shuō)明在一個(gè)周期內(nèi)逆變器開(kāi)關(guān)工作方式，使得電動(dòng)機(jī)定子磁鏈為正六邊形。電壓空間矢量調(diào)速系統(tǒng)仿真有著獨(dú)特的特點(diǎn)。由于本次仿真采用了MatlabFcn模塊，所以要編制一個(gè)m文件。首先要建立一個(gè)新文件夾，放入電壓空間矢量調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，再把編制的.m文件，也放入此文件夾中，才可能使仿真順利進(jìn)行。現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二電壓空間矢量交流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型它包括交流電動(dòng)機(jī)本體模塊，電機(jī)測(cè)量單元模塊，負(fù)載，逆變器和直流電源等。其中，電壓空間矢量控制器與其他交流調(diào)速系統(tǒng)仿真不同。現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二主電路模型的建立與仿真參數(shù)設(shè)置。主電路主要由電動(dòng)機(jī)本體模塊、電機(jī)測(cè)量單元模塊、逆變器和電源組成。電機(jī)測(cè)量模塊參數(shù)根據(jù)仿真需要進(jìn)行設(shè)置，本次仿真是為了觀測(cè)定子磁鏈波形，故只選擇了定子磁鏈物理量。電源模塊參數(shù)設(shè)置為780V，電機(jī)本體參數(shù)設(shè)置有一些特點(diǎn)。在第六章對(duì)于電壓空間矢量控制分析中已經(jīng)指出，當(dāng)忽略定子電阻時(shí)，定子三相繞組合成電壓方向就與磁鏈方向正交。為了說(shuō)明電壓空間矢量調(diào)速系統(tǒng)的意義，故把交流異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的電阻取為零，其它參數(shù)如圖8-17所示。逆變器也是選用Universalbridge，在參數(shù)設(shè)置的對(duì)話(huà)框中橋臂數(shù)Numberofbridgearms取3，電力電子器件取理想開(kāi)關(guān)器件IdealSwitches。其它為參數(shù)默認(rèn)值；交流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載取1?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二交流電機(jī)參數(shù)對(duì)話(huà)框現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二控制電路模型的建立與仿真參數(shù)設(shè)置

控制電路中由Clock模塊、MatlabFcn模塊組成。Clock路徑為：Simulink/Sources/Clock。參數(shù)設(shè)置Decimation為100。此模塊表示輸出時(shí)間。在控制電路中，本次仿真采用MatlabFcn模塊，其路徑為Simulink/User-DefinedFunctions/MatlabFcn。此模塊參數(shù)設(shè)置如圖8-18所示，即在Matlabfunction編輯框中寫(xiě)入一個(gè)函數(shù)名chenzhong37?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二MatlabFcn參數(shù)對(duì)話(huà)框現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二m函數(shù)文件的編寫(xiě)方法：

1）啟動(dòng)Matlab。2）選擇文件菜單中File→New→M-File。3）書(shū)寫(xiě)m函數(shù)定義行。4）書(shū)寫(xiě)程序。5）存儲(chǔ)到文件夾。

由于函數(shù)文件是用來(lái)定義子程序的，它有如下特點(diǎn)：1）由Function起頭，后跟的函數(shù)名可以與文件名相同，也可以不相同；2）有輸入輸出單元（變量），可進(jìn)行變量傳遞；3）除非用global聲明，程序中的變量均為局部變量，不保存在工作空間中。現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二電壓空間矢量控制中M函數(shù)文件如圖8-19所示。文件第一行是定義函數(shù)名，y表示輸出，T1表示輸入，mod函數(shù)作用是把輸入量周期化，mod(T1,0.000628)表示把輸入量按照0.000628s為一個(gè)周期，然后根據(jù)不同時(shí)刻，決定逆變器的導(dǎo)通。現(xiàn)以程序第3行和第4行進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)輸入時(shí)間在[3.14/300000]范圍時(shí)，輸出[100101]，也即逆變器中第1個(gè)、第4個(gè)和第6個(gè)開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通。前面已經(jīng)說(shuō)明，三相橋式電路中電力電子器件不同，排列順序也不一樣。也即輸出[100101]時(shí)，相當(dāng)于第六章三相橋式電路中第1、第2、第6開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通?，F(xiàn)在是37頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二存儲(chǔ)在新文件夾中m函數(shù)文件名和MatlabFcn模塊中MatlabFunction編輯框中名稱(chēng)都必須一致。仿真結(jié)果現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比的交流調(diào)速系統(tǒng)仿真

轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比控制是交流電機(jī)變頻調(diào)速最基本控制方式，一般變頻調(diào)速系統(tǒng)裝置都帶有這種功能，恒壓頻比的轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)方式能滿(mǎn)足大多數(shù)場(chǎng)合交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制要求，且使用方便，是通用變頻器的基本模式。采用恒壓頻比控制，在基頻以下的調(diào)速過(guò)程都可以保持氣隙磁通基本恒定，在相同轉(zhuǎn)矩條件下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率基本不變，所以電動(dòng)機(jī)有較硬的機(jī)械特性，使電動(dòng)機(jī)有良好的調(diào)速性能。但如果頻率較低，定子阻抗壓降所占的比重較大，電動(dòng)機(jī)難以保持氣隙磁通不變，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將隨著頻率的下降而減小，為了使電動(dòng)機(jī)在低頻低速時(shí)仍有交大的轉(zhuǎn)矩，需要進(jìn)行低頻電壓補(bǔ)償，在低頻時(shí)適當(dāng)提高定子電壓，使電動(dòng)機(jī)仍有較大的轉(zhuǎn)矩，恒壓頻比調(diào)速系統(tǒng)的基本原理如圖6-35所示。SPWM和驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)將根據(jù)頻率和電壓要求產(chǎn)生按正弦脈寬調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制逆變器以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二1.主電路模型的建立與參數(shù)設(shè)置

主電路是由電動(dòng)機(jī)本體模塊、逆變器、直流電源、負(fù)載轉(zhuǎn)矩等組成。模塊選擇和參數(shù)設(shè)置同前。電源模塊參數(shù)設(shè)置為780V。2.控制電路模型建立與參數(shù)設(shè)置控制電路是由給定信號(hào)模塊Constant、MatlabFcn模塊、Fcn模塊和DiscretePWMGenerator模塊等組成。給定信號(hào)為頻率25Hz，從前面章節(jié)分析可知，當(dāng)電源頻率下降到低頻時(shí)，電壓不能同步下降，以補(bǔ)償定子阻抗造成的壓降，如圖8-22所示，表明當(dāng)頻率大于或等于50Hz時(shí)，電源相電壓為220V；當(dāng)頻率低于50Hz時(shí)，電源相電壓隨著頻率降低而不能同步降低，故在頻率為0處設(shè)定電壓為50V。仿真可以采用MATLABFcn模塊

現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二本次仿真時(shí)，采用Look-UpTable模塊，其路徑為：Simulink/Look-UpTables/LookUpTable，參數(shù)設(shè)置：VectorofinputValues為[0：50]，VectorofoutputValues為[50：3.4：220]，表明輸入的頻率為0到50Hz,輸出電壓為50到220V。Fcn模塊的路徑為：Simulink/User-DefinedFunctions/Fcn。從Mux模塊輸出的是三個(gè)信號(hào)向量，分別是電壓、頻率和時(shí)間。Fcn、Fcn1、Fcn2的參數(shù)分別設(shè)置為：u(1)*sin(u(2)*6.28*u(3)/220、u(1)*sin(u(2)*6.28*u(3)+4*3.14/3)/220、u(1)*sin(u(2)*6.28*u(3)+2*3.14/3)/220,u(1)表示為電源相電壓，u(2)表示為頻率，u(3)表示為時(shí)間。時(shí)鐘模塊參數(shù)設(shè)置為：Decimation10，模塊設(shè)置同調(diào)制波為外設(shè)的SPWM交流調(diào)速系統(tǒng)仿真相同，不再贅述。仿真選擇算法為ode23tb，仿真開(kāi)始時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為5s?，F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二仿真結(jié)果從仿真結(jié)果看，轉(zhuǎn)速很快達(dá)到穩(wěn)態(tài)，但轉(zhuǎn)速波動(dòng)較大?，F(xiàn)在是43頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二8.6轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)仿真

按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)仿真從定性上說(shuō)明矢量控制的可行性。從第六章分析可知，把三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后，變換成直流電機(jī)模型。在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制時(shí)，通過(guò)除法環(huán)節(jié)，使得兩個(gè)子系統(tǒng)解耦，提高了系統(tǒng)控制性能。但進(jìn)行控制時(shí)，必須知道轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)，由于轉(zhuǎn)子磁鏈檢測(cè)在工藝上存在不少困難，就用轉(zhuǎn)子磁鏈模型來(lái)代替實(shí)際轉(zhuǎn)子磁鏈信號(hào)。根據(jù)易測(cè)的電機(jī)電流、電壓和轉(zhuǎn)速等物理量通過(guò)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算來(lái)算出轉(zhuǎn)子磁鏈。因此磁鏈觀測(cè)器是否準(zhǔn)確是關(guān)系到矢量控制的一個(gè)重要因素。轉(zhuǎn)子磁鏈模型有電流和電壓模型兩種，本次仿真是采用轉(zhuǎn)子磁鏈電流模型現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二在進(jìn)行轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)仿真之前，先介紹Matlab庫(kù)中一個(gè)很重要模塊，即坐標(biāo)變換模塊。在Matlab模塊庫(kù)中坐標(biāo)變換模塊有兩個(gè)，一個(gè)是三相到兩相變換模塊abc_dq0Transformation，其路徑為：SimPowerSystems/ExtraLibrary/Measurements/abc_dq0Transformation。另一個(gè)是兩相到三相變換模塊dq0_abcTransformation，其路徑為：SimPowerSystems/ExtraLibrary/Measurements/dq0_abcTransformation?，F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二abc輸入端連接是需要變換的三相信號(hào)，sin_cos輸入端為d-q坐標(biāo)系d軸與靜止坐標(biāo)系A(chǔ)軸之間夾角的正、余弦信號(hào)，輸出端dq0輸出變換后的d軸和q軸分量以及0軸分量，當(dāng)輸入端sin_cos輸入信號(hào)是恒定時(shí)，表明是從三相靜止坐標(biāo)系變換到靜止兩相坐標(biāo)系中；如果輸入端sin_cos輸入信號(hào)是變化的，表明是從三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，這說(shuō)明通過(guò)sin_cos端輸入信號(hào)的設(shè)定，可以決定三相坐標(biāo)系具體到兩相坐標(biāo)系的類(lèi)型。也可以用同樣的方法確定是兩相靜止坐標(biāo)系還是兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到三相靜止坐標(biāo)系。現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二第六章中分析可知，在三相靜止坐標(biāo)到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的數(shù)學(xué)模型是：現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二但Matlab模塊中三相坐標(biāo)到兩相坐標(biāo)變換模塊abc-dq0Transformation的數(shù)學(xué)模型卻是現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二從上面兩個(gè)式中可以看出是兩者是有差別的，因此不能直接應(yīng)用Matlab中坐標(biāo)變換模塊。如果把模塊abc-dq0Transformation的旋轉(zhuǎn)角度加上

，同時(shí)矩陣系數(shù)乘以

時(shí)，二者就完全相等。同樣，兩相坐標(biāo)變換到三相坐標(biāo)，在應(yīng)用dq0-abcTransformation模塊時(shí)角度和系數(shù)上也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。因此對(duì)坐標(biāo)變換模塊正確理解是進(jìn)行按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制仿真的關(guān)鍵。現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)仿真模型現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二主電路建模與參數(shù)設(shè)置

主電路由電動(dòng)機(jī)本體模塊AsychronousMachineSIUnits、逆變器UniversalBridge，直流電源DCVoltage、負(fù)載轉(zhuǎn)矩Constant和電機(jī)測(cè)量單元模塊MachinesMeasurementDemux組成。對(duì)于電機(jī)本體模塊參數(shù)，為了使后面參數(shù)設(shè)置能夠更好理解，特把電動(dòng)機(jī)本體參數(shù)寫(xiě)出。參數(shù)設(shè)置為：交流異步電動(dòng)機(jī)、UL=380V、P=2，現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二逆變器模塊參數(shù)設(shè)置：橋臂數(shù)取3，電力電子器件確定為IGBT/Diodes、其它參數(shù)為默認(rèn)值。電源參數(shù)設(shè)置為780V。電機(jī)測(cè)量單元模塊參數(shù)設(shè)置是異步電動(dòng)機(jī)，檢測(cè)的物理量有定子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等，負(fù)載轉(zhuǎn)矩取6。則定子繞組自感，轉(zhuǎn)子繞組自感，轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)。

現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二控制電路建模與參數(shù)設(shè)置

滯環(huán)脈沖發(fā)生器同前面電流滯環(huán)控制仿真完全相同，也是有Sum模塊、Relay模塊、LogicalOperator模塊和DataTypeConversion模塊等組成，在Relay模塊參數(shù)設(shè)置上，環(huán)寬確定為12?，F(xiàn)在是53頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二電流變換與磁鏈觀測(cè)仿真模型及封裝后子系統(tǒng)現(xiàn)在是54頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二前面已經(jīng)分析，從三相到兩相坐標(biāo)變換時(shí)，幅值是不同的，相差

倍數(shù)，故在abc-dq0模塊后加個(gè)Gain模塊，參數(shù)設(shè)為

，從Demux模塊出來(lái)三個(gè)量，從上到下依此為d軸、q軸和0軸物理量

、

和

，由于不需要0軸的物理量

，所以用Terminator模塊把第三個(gè)信號(hào)（也即0軸電流）封鎖。最上面的物理量為d軸電流

，乘以

，再加入TransferFcn模塊（路徑為Simulink/Continuous/TransferFcn），參數(shù)設(shè)為：Numerator[1],Denominator[0.0871]。其中

，就得到轉(zhuǎn)子磁鏈

。現(xiàn)在是55頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二在Fcn模塊參數(shù)對(duì)話(huà)框中，參數(shù)設(shè)定為0.069*u(1)/(u(2)*0.087+1e-3)，0.069是

數(shù)值。u(1)是

信號(hào)，u(2)是

信號(hào)，0.087是

數(shù)值，由于u(2)是變量，為了防止在仿真過(guò)程中分母出現(xiàn)0而使仿真中止，在分母中加入1e-3，即0.001。從Fcn輸出信號(hào)為

，同轉(zhuǎn)速信號(hào)

相加，就成為定子頻率信號(hào)

，用Integrator（路徑為：Simulink/Continuous/Integrator）模塊對(duì)定子頻率信號(hào)積分后再加

，就是同步旋轉(zhuǎn)相位角信號(hào)，用TrigonometricFunction模塊（路徑為：Simulink/MathOperations/TrigonometricFunction）進(jìn)行正弦、余弦運(yùn)算，在Function后面編輯框中分別設(shè)sin和cos，就可得sin_cos端輸入信號(hào)?，F(xiàn)在是56頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二為了抑制轉(zhuǎn)子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的耦合性，也是采用Fcn模塊，函數(shù)定義為

，其中u(1)為轉(zhuǎn)子磁鏈

，u(2)為

。從Fcn模塊出來(lái)的物理量為電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩

。由于從電機(jī)檢測(cè)單元出來(lái)的轉(zhuǎn)速信號(hào)單位為

，故用Gain模塊使它變?yōu)閱挝粸閞ad/min轉(zhuǎn)速信號(hào)，參數(shù)設(shè)為60/6.28；連接到調(diào)節(jié)器ASR端口。給定信號(hào)有轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)速信號(hào)，分別經(jīng)過(guò)磁鏈調(diào)解器、ASR、ATR調(diào)解器后通過(guò)dq0_abc模塊變成三相坐標(biāo)系上的電流，前面已經(jīng)分析，Matlab模塊庫(kù)中坐標(biāo)變換模塊幅值需要乘以系數(shù)，故用Gain模塊（參數(shù)設(shè)置為

），連接到滯環(huán)脈沖發(fā)生器，作為電流給定信號(hào)?，F(xiàn)在是57頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二磁鏈調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器，然后進(jìn)行封裝，圖8-27是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的模型及封裝后的子系統(tǒng)，磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器建模方法與此相同。各參數(shù)設(shè)置如下：ASR：，上下限幅為

[175-175]，上下限幅為[60-60]

，上下限幅為[13-13]ATR：現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二仿真結(jié)果現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)給定信號(hào)

時(shí)，在調(diào)節(jié)器作用下電機(jī)轉(zhuǎn)速上升階段，電流接近最大值，使得電機(jī)開(kāi)始平穩(wěn)上升，在0.6s左右時(shí)轉(zhuǎn)速超調(diào)，電流很快下降，轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)態(tài)280r/min；當(dāng)給定信號(hào)

時(shí)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)值接近為480r/min。說(shuō)明異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著給定信號(hào)的變化而發(fā)生改變。整個(gè)變化曲線同實(shí)際情況非常類(lèi)似?，F(xiàn)在是60頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二8.7繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子回路中串入與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同頻率的附加電勢(shì)，通過(guò)改變附加電勢(shì)的幅值和相位實(shí)現(xiàn)調(diào)速。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)差功率大部分被串入的附加電勢(shì)所吸收，利用產(chǎn)生附加電勢(shì)的裝置，把所吸收的這部分轉(zhuǎn)差功率回饋給電網(wǎng)，這樣就使電動(dòng)機(jī)在調(diào)速時(shí)有較高的效率，這種在繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入附加電勢(shì)的高效率的調(diào)速方法，稱(chēng)為串級(jí)調(diào)速。圖8-29是雙閉環(huán)異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速的仿真模型，下面介紹各部分仿真模型的建立與參數(shù)設(shè)置。現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二圖8-29繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型現(xiàn)在是62頁(yè)\一共有66頁(yè)\編輯于星期二主電路仿真模