转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真研究(5)

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(a) (b)

(c) (d)

图6.5 系统启动加载响应过程

(a)转速响应 (b)定子A相的电流

(c)转子A相的电流 (d)电动机电磁转矩和负载转矩的给定

图6.6中的a、b、c、d、e、f反映了各控制模块输出信号波形的变化，经2r/3s变换后的三相调制信号幅值和频率在调节过程中逐步增加，同时转速也随之逐步的升高，信号幅值的提高保证了电动机电流在启动过程中保持不变。图d和图f分别反映了电动机在启动过程中定子绕组产生的旋转磁场和电动机的转矩－转速特性。电动机在零状态启动时，电动机磁场有一个建立过程，在建立过程中磁场变化是不规则的，这也是引起了转矩的大幅度变化，在0.24s后磁场呈磁场的半径也有变化。改变励磁给定电流值im，圆形旋转磁场的半径也有所变化。电动机的转矩－转速特性反映了通过矢量控制使电动机保持了恒转矩启动，并且改变了ASR的输出限幅it，最大转矩可以调节。为了减少仿真需要的时间，仿真中减小了电动机的转动惯量，但是过小的转动惯量，容易

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使系统发生振荡，可以通过调节参数观察参数变化对系统的影响。仿真的结果表明采用转差频率控制的矢量系统具有良好的控制性能。

(a) (b)

（c） （d）

(c) (d)

（e） （f）

(e) (f)

图6.6 系统各个模块的波形图

（a）计算得到的转差频率给定 （b）逆变器的调制频率 （c）转子的角度 （d）定子磁链的轨迹

（e）SPWM的三相调制信号 （f）转矩的转速特性

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通过观察图形可以知道在t=0.24s时，电动机的转速达到给定的1500rpm，而定子电流、转子电流、电磁转矩、计算得到的转差频率给定、逆变器调制频率都有一个快速的降落，一段时间之后，就会重新达到稳态。

这是因为在电动机未达到给定的转速时，电动机是处于加速的状态，在转速刚刚达到给定值时，则需要一个减速刹车的过程，此时转子电流和定子电流的波形有一个迅速的减小，从而使电磁转矩Te下降，又因为此时基本保持 Te与?s 的正比关系且

?s*????1*，所以?s*和?1*波形在这个时间段也有很明显的降落。

7 结束语

根据转差频率矢量控制的基本概念以及系统的原理框图等，建立转差频率矢量控制的异步电动机系统的仿真模型，并进行了试验的仿真研究。在实验的过程中发现：系统中PI调节器的比例系数K1、积分系数K2与坐标变换模块输出信号的放大系数需要密切的配合调节，当偏差较大时，调节K1，达到快速减少偏差的目的；当偏差达到要求后，调节K2，这样可以消除稳态误差。同时需要配合调节坐标变换模块的输出信号的放大系数，这样才能保证PWM发生器输出正确的三相调制信号波形。此外由于在该模型中，为了减小仿真的运行时间，采用减小电动机的转动惯量的方法，但是过小的转动惯量容易使系统发生严重的振荡，通过本文采用的模型可以调节参数来观察参数变化对系统的影响，从试验结果可以看出转差频率控制的矢量控制系统具有良好的静态和动态控制性能，充分的验证了在异步电动机矢量变换数学模型的基础上建立仿真模型的正确性以及具有良好的控制性能。因此异步电动机调速系统仿真对于开发和研究调速系统有着特别重要的意义。

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