基于PSCAD的異步電機(jī)變頻調(diào)速控制

指導(dǎo)教師：王敏基于PSCAD的異步電機(jī)變頻調(diào)速控制班級：12級電氣5班學(xué)生：朱天昊學(xué)號：1205020524目錄第一章緒論第二章研究內(nèi)容第三章仿真分析第四章總結(jié)與展望第一節(jié)

我們知道電機(jī)分為直流電機(jī)和交流電動機(jī)兩類。在過去，直流電機(jī)的調(diào)速性能比交流電機(jī)好很多，因為直流調(diào)速方法相對比較簡單，它的轉(zhuǎn)矩也更容易控制。但是另一方面，直流電機(jī)制造成本高，而且運行費用貴，在現(xiàn)代工業(yè)化的進(jìn)程中難以大規(guī)模被使用，所以逐漸被淘汰。取而代之的是交流電動機(jī)，而交流電動機(jī)的調(diào)速性能在過去被研究的比較少。因此，研究交流電動機(jī)的調(diào)速問題就變得十分重要，因為交流電機(jī)調(diào)速在節(jié)約能源方面有著重大的意義。研究背景國內(nèi)外電機(jī)控制策略研究現(xiàn)狀1.基于穩(wěn)態(tài)模型的控制策略（1）轉(zhuǎn)速開環(huán)，恒壓頻比控制

（2）轉(zhuǎn)速閉環(huán)，轉(zhuǎn)差頻率控制2.基于動態(tài)模型的控制策略（1）矢量控制（2）直接轉(zhuǎn)矩控制（3）反饋線性化解耦控制3.現(xiàn)代控制策略（1）滑模變結(jié)構(gòu)控制（2）自適應(yīng)控制（3）模糊控制（4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制調(diào)速方法研究現(xiàn)狀

交流異步電動機(jī)調(diào)速方法有降電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速和雙饋電動機(jī)調(diào)速、變極對數(shù)調(diào)速和變壓變頻調(diào)速等，其中只有變壓變頻調(diào)速能夠做到調(diào)速范圍寬、效率高、動態(tài)性能好，因此得到了廣泛的應(yīng)用。調(diào)速的根本在于對電磁轉(zhuǎn)矩的控制，早期調(diào)速系統(tǒng)基于異步電機(jī)T型穩(wěn)態(tài)等效電路建立電磁轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，結(jié)構(gòu)簡單，再不需要高動態(tài)性能的場合如風(fēng)機(jī)和水泵中得到廣泛應(yīng)用。目錄第一章緒論第二章研究內(nèi)容第三章仿真分析第四章總結(jié)與展望第二節(jié)本論文采用的控制策略：恒壓頻比控制

本論文采用的調(diào)速方法：變頻調(diào)速請在此輸入您的副標(biāo)題研究內(nèi)容異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型假設(shè)三相異步電動機(jī)的三相繞組對稱，空間相差電角度，所產(chǎn)生的磁動勢沿氣隙圓周正弦分布，繞組的自感和互感都是線性的，那么異步電動機(jī)的三相定子電壓方程為（9）當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較大時，定子繞組壓降可以忽略，則式（9）近似為：（10）即（11）其中U和分別為和的模，因此有（12）異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型從異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的角度來看，恒壓頻比控制就是保持電壓頻率比為一常數(shù)，則磁鏈也為一常數(shù)，從而使交流電機(jī)得到類似于直流電機(jī)一樣的調(diào)速性能。當(dāng)定子磁通保持恒定時，由公式

其中——轉(zhuǎn)差率——定子每相電阻和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻——定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感在電機(jī)穩(wěn)定運行時遠(yuǎn)小于1，這時

其中為轉(zhuǎn)差頻率，因此，在恒壓頻比控制下，通過調(diào)整轉(zhuǎn)差頻率可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度。恒壓頻比控制原理在電機(jī)額定運行情況下，這時只要使為一常數(shù)，就能保持磁通恒定。然而當(dāng)電機(jī)低速運行時，即小于時，定子繞組的電壓降和很接近，所以此時定子繞組的電壓降不能被忽略。如果此時仍要保持磁通恒定，必須對定子電壓進(jìn)行補(bǔ)償，適當(dāng)提高定子的電壓。隨著頻率的增大，電機(jī)的電壓U也增大，當(dāng)U增大到大于額定電壓時，為防止電機(jī)絕緣被擊穿，電機(jī)定子電壓不能大于額定電壓，而保持在額定電壓，這時恒壓頻比控制不再適用，U-f關(guān)系如下圖：恒壓頻比調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用恒壓頻比控制，在基頻以下的調(diào)速過程中可以保持電動機(jī)氣隙磁通基本恒定，在相同轉(zhuǎn)矩條件下電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率基本不變，所以電動機(jī)有較硬的機(jī)械特性，使電動機(jī)有較好的調(diào)速性能。但是如果頻率較低，定子阻抗壓降所占比重較大，電動機(jī)難以保持氣隙磁通不變，電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將隨頻率的下降而減小。為了使電動機(jī)在低頻低速時仍有較大的轉(zhuǎn)矩，需要進(jìn)行低頻電壓補(bǔ)償，在低頻時適當(dāng)提高定子電壓，使電動機(jī)仍有較大的轉(zhuǎn)矩。恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本原理結(jié)構(gòu)如下圖所示，系統(tǒng)由升降速時間設(shè)定、U/f曲線、SPWM調(diào)制和驅(qū)動等環(huán)節(jié)組成。其中升降速時間設(shè)定用來限制電動機(jī)的升頻速度，避免轉(zhuǎn)速上升過快而造成電流和轉(zhuǎn)矩的沖擊，起軟啟動控制的作用。U/f曲線用于根據(jù)頻率確定相應(yīng)的電壓，以保持壓頻比不變，并在低頻時進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾妷貉a(bǔ)償。SPWM調(diào)制和驅(qū)動環(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)動信號，控制逆變器以實現(xiàn)電動機(jī)的變壓變頻調(diào)速。變頻器選擇在變頻調(diào)速技術(shù)中，向電動機(jī)提供頻率可變的電源并控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速是由變頻器完成的，變頻器、電源和電動機(jī)之間的連接關(guān)系如下圖所示。變頻器是把固定電壓、固定頻率的交流電變換成可調(diào)電壓、可調(diào)頻率的交流電的變換器。交流電動機(jī)用的變頻器可以按照變換環(huán)節(jié)、電壓的調(diào)制方式、濾波方式、輸入電源的相數(shù)、控制方式、用途以及供電電壓的高低來分類。本文采用如下圖所示的SPWM交直交變頻器。目錄第一章緒論第二章研究內(nèi)容第三章仿真分析第四章總結(jié)與展望第三節(jié)PSCAD建模PWM變頻器PWM變頻器控制電路U/F曲線生成電路輸入電壓波形PWM正弦脈寬調(diào)制后的電壓波形異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速目錄第一章緒論第二章研究內(nèi)容第三章仿真分析第四章總結(jié)與展望第三節(jié)總結(jié)（1）建立了一個異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，并將這個異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型在PSCAD中搭建實現(xiàn)。（2）研究了恒壓頻比控制原理，為異步電機(jī)調(diào)速PSCAD仿真中U/F曲線的建立打下了理論基礎(chǔ)。（3）研究并運用了PWM技術(shù)中的正弦脈寬調(diào)制技術(shù)，在PSCAD中搭建了PWM變頻器及控制電路。（4）實現(xiàn)了在異步電動機(jī)輸入電壓波動的情況下，保持電動機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變的控制器仿