三相异步电动机矢量控制

异步电机矢量控制基本原理

北京利德华福电气技术有限公司

预研部

2006-10-30

内容提纲?前言

?三相异步电机数学模型?异步电机矢量控制

?实现矢量控制的关键问题

一、前言

?异步电机常见调速方式

转差功率消耗型调速系统

——降电压调速，液力耦合器调速，电磁转差离合器调速，转子串电阻调速

转差功率回馈型调速系统

——串级调速

转差功率不变型调速系统

——变极对数调速，变压变频调速

?异步电机控制的目标变量

——电压，电流，磁通，转矩，转速

?何谓矢量控制（Vector Control）

——磁场定向控制（Field Orientation Control）——电机的磁场矢量方向作为坐标变换中坐标轴的基准方向

?矢量控制技术发展历程

?矢量控制技术发展应用的几大要素 （1）矢量控制理论

（2）数字电路

（3）功率器件

（4）现代控制理论

二、三相异步电机数学模型? 2.1 理想三相异步电机的条件

（1）电机定、转子三相绕组完全对称；

（2）电机定、转子表面光滑，无齿模效应；

（3）电机气隙磁场在空间呈正弦分布；

（4）铁芯的涡流、饱和及磁滞损耗忽略不计。

Rs

Ls l

L m

A u A (i A)

R1Ls l

L m

C u C (i C)

Rs

Ls l

L m

B u B (i B)

Rr

Lr l

L m

Rr

Lr l

L m

Rr

Lr l

L m

θ

a

b

c

u a

(i a)

u b

(i b)

u c

(i c)

ω

? 2.2 电机模型

1．电压方程式

2．磁链方程式

式中，自感：

互感：

3．转矩方程式

4．机械运动方程式

? 2.3 坐标变换

（1）三相静止坐标系（3s）（2）两相静止坐标系（2s）（3）两相旋转坐标系（2r ）

αA βB C

F

2

n 3

n )(A A i u )(B B i u )(C C i u )(ααi u )(ββi u s

ω(1) 从三相静止到两相静止坐标系（3s/2s 变换）

(2) 从两相静止到两相旋转坐标系(2s/2r 变换)

α (A)

d

β

q F

)(ααi u )

(ββi u s

ω)(q q i u )

(d d i u γ

电压方程磁链方程

转矩方程

电压方程磁链方程

转矩方程

-2r 坐标系d 轴相对定子A 相绕组旋转的角度。

-转子a 相相对定子A

相绕组旋转的角度。

三、异步电机矢量控制将d轴选为转子磁链方向，则有：

(1) 转子q轴磁链为0 →

(2) 为同步速

(3) 为转子旋转角速度

另外：转子绕组短路→u rd=0; u rq=0.

? 3.1 转子磁场定向电机模型电压方程磁链方程

经推导整理可得：

(1) 转子磁链

其中：(2) 电机转矩

三相异步电动机及其控制电路

第5章三相异步电动机及其控制线路 5.1 三相异步电动机 实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机，而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。 在生产上主要用的是交流电动机，特别三相异步电动机，因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。 对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题：（1）基本构造；（2）工作原理；（3）表示转速与转矩之间关系的机械特性；（4）起动、调速及制动的基本原理和基本方法；（5）应用场合和如何正确使用。 5.1.1 三相异步电动机的结构与工作原理 1．三相异步电动机的构造 三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。此外还有端盖、风扇等附属部分，如图5-1所示。 图5-1 三相电动机的结构示意图 1）．定子 三相异步电动机的定子由三部分组成： 定子定子铁心由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片 内圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放定子三相绕组

AX、BY、CZ。 定子绕组三组用漆包线绕制好的，对称地嵌入定子铁心槽内的相同的线圈。这三相绕组可接成星形或三角形。 机座机座用铸铁或铸钢制成，其作用是固定铁心和绕组2）．转子 三相异步电动机的转子由三部分组成： 转子转子铁心 由厚度为0.5mm的，相互绝缘的硅钢片叠成，硅钢片 外圆上有均匀分布的槽，其作用是嵌放转子三相绕组。 转子绕组 转子绕组有两种形式： 鼠笼式-- 鼠笼式异步电动机。 绕线式-- 绕线式异步电动机。 转轴转轴上加机械负载 鼠笼式电动机由于构造简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。 为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间。 2．三相异步电动机的转动原理 1）．基本原理 为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图5-2所示。 图5-2 三相异步电动机工作原理

异步电机矢量控制

目录 1引言 (1) 1.1 交流电机调速系统发展的现状 (1) 1.2 矢量控制的现状 (1) 1.3 课题的研究背景及意义 (2) 1.4 本课题的主要内容 (2) 2 矢量控制的基本原理 (4) 2.1 坐标变换的基本思路 (4) 2.2 矢量控制坐标变换 (5) 2.3 矢量控制系统结构 (8) 3 转子磁链定向的矢量控制方程及解耦控制 (10) 4 转速、磁链闭环控制的矢量控制系统 (13) 4.1 带磁链除法环节的直接矢量控制系统 (13) 4.2 带转矩内环的直接矢量控制系统 (13) 5 控制系统的设计与仿真 (15) 5.1 矢量控制系统的设计 (15) 5.2 异步电动机的重要子模块模型 (16) 5.3 系统仿真结果和分析 (18) 6 结论 (21) 参考文献 (22) 致谢.............................................................................................. 错误！未定义书签。

1引言 1.1 交流电机调速系统发展的现状 在当今用电系统中，电动机作为主要的动力设备而广泛地应用于工农业生产、防、科技及社会生活的方方面面[1] [2] [3] [4]。电动机负荷约占总发电量的60％～70％，成为电量最多的电气设备。根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交电动机两大类，交流电动机分为同步电动机和异步电动机两种。电动机作为把能转换为机械能的主要设备，在实际的应用中，一是要使电动机具有较高的机能量转换效率：二是要根据生产机械的工艺要求控制并调节电动机的转速。电动的调速性能直接影响着产品质量、劳动生产效率和节电性能。 但是直到20世纪70年代，凡是要求调速范围广、速度控制精度高和动态响性能好的场合，几乎全都采用直流电动机调速系统。其原因主要是：(1)不论异步电动机还是同步电动机，唯有改变定子供电频率调速是最为方便的，而且以获得优异的调速特性。但大容量的变频电源却在长时期内没有得到很好的解；(2)异步电动机和直流电动机不同，它只有一个供电回路—定子绕阻，致其速度控制比较困难，不像直流电动机那样通过控制电枢电压或控制励磁电流可方便地控制电动机的转速。但交流电机，特别是笼式异步电动机，拥有结构单、坚固耐用、价格便宜且不需要经常维修等优点，正是这些突出的优点使得气工程师们没有放弃对电力牵引交流传动技术的探索和发展。进入20世纪70代，由于电力电子器件制造技术和微电子技术的突破和发展，先进的控制理论矢量控制、直接转矩控制等具有高动态控制性能的新技术开始被采用，使得交传动进入一个崭新的阶段。 交流电动机的诞生已有一百多年的历史，时至今日已经研制出了形式、用途容量等各种不同的品种。交流电动机分为同步电动机和异步电动机两大类。同电动机的转子转速与定子电流的频率保持严格不变的关系：异步电动机则不保这种关系。其中交流异步电动机拥有量最多，提供给工业生产的电量多半是通交流电动机加以利用的。据统计，交流电动机用电量约占电机总用电量的85％。 1.2 矢量控制的现状 自20世纪70年代，德国西门子公司的EBlasehke提出了“磁场定向控制的理论”和美国的PC．Custmna与A．AQark申请了专利“感应电机定子电压的坐标交换控

异步电机矢量控制仿真

2.5异步电机基于磁场定向的矢量控制系统仿真 学号：S16085207020 姓名：李端凯 图1 矢量控制仿真模型整体结构图 图2 id*求解模块 图3 iq*求解模块

图4 DQ到ABC坐标转换模块 图5 求解转子磁链角模块 图6-1 ABC到DQ坐标转换模块 在这一部分转换中包含两种变换——3/2变换和旋转变换。在交流电动机中三相对称绕组通以三相对称电流可以在电动机气隙中产生空间旋转的磁场，在功率不变的条件下，按磁动势相等的原则，三相对称绕组产生的空间旋转磁场可以用两相对称绕组来等效，三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换则建立了磁动势不变情况下，三相绕组和两相绕组电压、电流和磁动势之间的关系。图1绘出了ABC 和αβ两个坐标系中的磁动势矢量，按照磁动势相等的等效原则，三相合成磁动势与两相合成磁动势相等，故两套绕组磁动势在α、β轴上的投影都应相等，于是得：

()233332333cos60cos6011 ()22 sin 60sin 602a b c a b c b c b c N i N i N i N i N i i i N i N i N i N i i αβ=--=--=-=+ 写成矩阵形式： 图6-2 ABC 和αβ两个坐标系中的磁动势矢量 111220a b c i i i i i αβ???-- ?????=??????????? 再就是旋转变换，两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换(简称2s/2r 变换)，两相静止绕组，通以两相平衡交流电流，产生旋转磁动势。如果令两相绕组转起来，且旋转角速度等于合成磁动势的旋转角速度,则两相绕组通以直流电流就产生空间旋转磁动势。从两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换,称为两相旋转－两相静止变换，简称2s/2r 变换。其变换关系为: cos sin sin cos d q i i i i αβφφφφ-??????=???????????? 由此整理得到： 111cos sin 22sin cos 0a d b q c i i i i i φφφφ????-- ????????=?????-?????????? 同理可得：DQ 到ABC 坐标转换则是其逆变换。 图7 求解磁链模块

普通三相异步电动机与变频电动机的区别

普通三相异步电动机与变频电动机的区别 普通的三相异步电动机可以用变频器驱动吗 普通的三相异步电动机与变频调速的三相异电动机有何区别 普通异步电机与变频电机的区别——普通异步电动机都是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。 以下为变频器对电机的影响： 1、电动机的效率和温升的问题 不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电动机在非正弦电压、电流下运行。据资料介绍，以目前普遍使用的正弦波PWM型变频器为例，其低次谐波基本为零，剩下的比载波频率大一倍左右的高次谐波分量为：2u+1（u为调制比）。 高次谐波会引起电动机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电动机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减小，如将普通三相异步电动机运行于变频器输出的非正弦电源条件下，其温升一般要增加10%~20%。 2、电动机绝缘强度问题 目前中小型变频器，不少是采用PWM的控制方式。他的载波频率约为几千到十几千赫，这就使得电动机定子绕组要承受很高的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很大的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严酷的考验。另外，由PWM变频器产生的矩形斩波冲击电压叠加在电动机运行电压上，会对电动机对地绝缘构成威胁，对地绝缘在高压的反复冲击下会加速老化。 3、谐波电磁噪声与震动 普通异步电动机采用变频器供电时，会使由电磁、机械、通风等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次时间谐波与电动机电磁部分的固有空间谐波相互干涉，形成各种电磁激振力。当电磁力波的频率和电动机机体的固有振动频率一致或接近时，将产生共振现象，从而加大噪声。由于电动机工作频率范围宽，转速变化范围大，各种电磁力波的频率很难避开电动机的各构件的固有震动频率。 4、电动机对频繁启动、制动的适应能力 由于采用变频器供电后，电动机可以在很低的频率和电压下以无冲击电流的方式启动，并可利用变频器所供的各种制动方式进行快速制动，为实现频繁启动和制动创造了条件，因而电动机的机械系统和电磁系统处于循环交变力的作用下，给机械结构和绝缘结构带来疲劳和加速老化问题。 5、低转速时的冷却问题 首先，异步电动机的阻抗不尽理想，当电源频率较底时，电源中高次谐波所引起的损耗较大。其次，普通异步电动机在转速降低时，冷却风量与转速的三次方成比例减小，致使电动机的低速冷却状况变坏，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。

三相异步电动机基本控制线路的安装与调试

三相异步电动机基本控制线路的安装与调试 任务1-1 三相异步电动机的单向运行控制 学习内容: 1、常用低压电器的基本结构、工作原理、图形符号和文字符号、主要技术参数及其应用； 2、三相异步电动机的启/停、点动/长动控制。 学习目标: 1、知道：常用低压电器的工作原理、图形符号和文字符号；常用低压电器的用途。 2、能根据控制要求正确选择低压电器。 3、了解：常用低压电器的基本结构；主要技术参数。 4、掌握三相异步电动机的启/停、点动/长动控制电路的原理。 学习重点:工作原理、图形符号、文字符号、选择使用。 学习难点:工作原理、选择使用 §1-1 机床电气控制中常用的低压电器 目标任务： 1、了解低压电器的基本知识，熟悉常用的低压电器种类； 2、熟悉常用的各种低压电器的结构及原理、符号、选用； 3、熟练掌握常用低压电器的使用。 相关知识： 1-1. 低压电器基本知识

凡是对电能的生产、输送、分配和应用能起到切换、控制、调节、检测以及保护等作用的电工器械，均称为电器。低压电器通常是指在交流1200V及以下、直流1500V及以下的电路中使用的电器。机床电气控制线路中使用的电器多数属于低压电器。 一、低压电器的分类 低压电器是指工作在交流电压1200V 、直流电压1500V 以下的各种电器。生产机械上大多用低压电器。低压电器种类繁多，按其结构、用途及所控制对象的不同，可以有不同的分类方式。 1 ．按用途和控制对象不同，可将低压电器分为配电电器和控制电器。 用于电能的输送和分配的电器称为低压配电电器，这类电器包括刀开关、转换开关、空气断路器和熔断器等。用于各种控制电路和控制系统的电器称为控制电器，这类电器包括接触器、起动器和各种控制继电器等。 2 ．按操作方式不同，可将低压电器分为自动电器和手动电器。 通过电器本身参数变化或外来信号（如电、磁、光、热等）自动完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为自动电器。常用的自动电器有接触器、继电器等。 通过人力直接操作来完成接通、分断、起动、反向和停止等动作的电器称为手动电器。常用的手动电器有刀开关、转换开关和主令电器等。 3 ．按工作原理可分为电磁式电器和非电量控制电器 电磁式电器是依据电磁感应原理来工作的电器，如接触器、各类电磁式继电器等。非电量控制电器的工作是靠外力或某种非电量的变化而动作的电器，如行程开关、速度继电器等。 二、低压电器的作用 控制作用、保护作用、测量作用、调节作用、指示作用、转换作用 三、低压电器的基本结构 电磁式低压电器大都有两个主要组成部分，即：感测部分──电磁机构和执行部分──触头系统。 1 ．电磁机构 电磁机构的主要作用是将电磁能量转换成机械能量，带动触头动作，从而完成接通或分断电路的功能。 电磁机构由吸引线圈、铁心和衔铁 3 个基本部分组成。常用的电磁机构如图所示，可分为 3 种形式。 2. 直流电磁铁和交流电磁铁

(完整版)三相异步电动机练习题及答案.doc

1 电动机分为（交流电动机）（直流电动机），交流电动机分为（同步电动机）（异步电动机）异步电动机分为（三相电动机）（单相电动机） 2电动机主要部件是由（定子）和（转子）两大部分组成。此外，还有端盖、轴承、风扇等 部件。定子铁心：由内周有槽的（硅钢片）叠成三相绕组，机座：铸钢或铸铁。 3根据转子绕组结构的不同分为：（笼型转子转子）铁心槽内嵌有铸铝导条，（绕线型转子）转子铁心槽内嵌有三相绕组。 4笼型电机特点结构简单、价格低廉、工作可靠；（不能人为）改变电动机的机械特性。绕线 式转子电机特点结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子（外加电阻可人为改变）电动 机的机械特性。 5分析可知：三相电流产生的合成磁场是一（旋转的磁场），即：一个电流周期，旋转磁场在空 间转过（360°）旋转磁场的旋转方向取决于（三相电流的相序），任意调换两根电源进线则旋 转磁场（反转）。 6若定子每相绕组由两个线圈（串联），绕组的始端之间互差（60°），将形成（两对）磁 极的旋转磁场。旋转磁场的磁极对数与（三相绕组的排列）有关。旋转磁场的转速取决于磁 场的（极对数）。 p=1 时 (n0=60f 1)。旋转磁场转速n0 与（频率f1）和（极对数p）有关。 7 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为（转差率S）异步电动机运行中S=（ 1--9）％。 8 一台三相异步电动机，其额定转速 n=1460 r/min ，电源频率 f1=50 Hz 。试求电动机在额定负载 下的转差率。 解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1500 r/min ,即 s n0 n 100% 1500 1460 100% 2.7% n0 1500 9 定子感应电势频率 f 1 不等于转子感应电势频率 f 2。 10 电磁转矩公式 sR2 U 12 T K ) 2 R2 (sX 20 2 2 由公式可知 :1. T 与定子每相绕组电压 U 成（正比）。 U 1 ↓则 T↓ 。 2.当电源电压 U1 一定时， T 是 s 的函数 , 3. R2 的大小对T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变（转子电阻R2 ），从而改变转距。 11 三个重要转矩：(1) ( 额定转矩 TN) 电动机在额定负载时的转矩(2) (最大转矩Tmax) 电机带动最大负载的能力,(3) ( 起动转矩Tst)电动机起动时的转矩。 12 如某普通机床的主轴电机(Y132M-4 型 ) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为（T P N 9550 7 . 5 N . m ）。 N 9550 49 . 7 n N 1440 13 转子轴上机械负载转矩T2 不能（大于 Tmax ），否则将造成堵转(停车 )。 过载系数 (能T m ax 一般三相异步电动机的过载系数为 1.8 ~ 2.2 T N 力 ) 14 K st T st 启动条件（ Tst>TL ）否则电动机不能启动，正常工作条 起动能力 T N 件：所带负载的转矩应为（TL

异步电动机矢量控制系统的仿真

异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得使用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4）

（5） 上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率； 是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速和实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，和ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，和定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接和实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、

异步电机的矢量控制系统

电力拖动课程结题报告 题目：异步电机的矢量控制系统 班级：K0312417 姓名：罗开元 学号：K031241723 老师：郎建勋老师 2015年 6月 22 日

前言 异步电机的矢量控制设计及仿真在矢量控制技术出现之前，交流调速系统多为V / f 比值恒定控制方法，又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态（如加减速）、加减负载等情况时，系统表现出明显的缺陷，所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展，交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制，采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美，甚至超过直流调速系统。 矢量变换控制(以下简称VC)技术的诞生和发展为现代交流调速技术的发展提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速系统成为可能。实践证明，采用矢量控制方法的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。矢量控制原理的出现也促进了其它控制方法的产生，如多变量解耦控制等方法。 七十年代初期，西门子公司的F .Blashke 和W .Flotor 提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流按转子磁链空间方向分解成为励磁分量和转矩分量，这样就可以达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的,得到了类似于直流电机的模型,然后模拟直流电机进行控制，可以获得良好的静、动态调速性能。本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上, 利Matlab/Simulink 中SimPowerSystems 模块,采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块, 再进行功能模块的有机整合, 构成了按转子磁场定向的异步 电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强, 验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 1.异步电机的 VC 原理 1.1 坐标变换 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标 系上的定子交流电机A i 、B i 、C i ，通过3/2变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流 α i 和 β i ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流 d i 和q i 。如果观察 者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的就好像是一台直流电动机。 把上述等效关系用结构图的形式画出来，得到图l 。从整体上看，输人为A ，B ，C 三相电压，输出为转速ω，是一台异步电动机。从结构图内部看，经过3／2变换和按转子磁链

三相异步电动机的控制电路图

三相异步电动机的控制电路 一、复习思路及要求 1. 题型：选择题、技能题、简答题。 2. 必须熟练分析各种控制电路的工作原理，只有熟悉了工作原理才能正确绘制控制电路；补画控制电路；识别电路图中的错误；对故障进行正确分析处理；设计一些简单的控制电路；并且对PLC中简单的程序设计也有帮助。 3. 该部分容是非常重要的，要熟悉电路形式及控制形式：自锁、联锁的作用及连接方式；点动、连续运转；具有过载保护的连续运转控制电路是基础。 4. 需要掌握的控制电路有：⑴点动单向运转控制电路；⑵连续单向运转控制电路；⑶点动与连续混合控制电路；⑷接触器联锁双向运转控制电路；⑸按钮联锁双向运转控制电路；⑹接触器按钮双重联锁双向运转控制电路；（7）降压起动控制电路。 二、控制电路的分析 1.单向点动转控制电路 2.单向连续运转控制电路 3.连续与点动混合控制电路（一） 4.连续与点动混合控制电路（二） 5.连续与点动混合控制电路（三）

该电路中使用了中间继电器。其电器符号是KA。作用是：当其他继电器的触点数量不够时，可借助中间继电器来扩展触头数和触点容量，起到信号中继作用。 注：通过以上控制电路明确自锁的作用及其连接方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 6.多地控制电路 该控制电路能实现电动机的两地控制。起动按钮并联，停止按钮串联。（图中如果SB1、SB2控制A地，则SB3、SB4控制B地。） 7.接触器联锁双向控制电路 该电路采用了接触器联锁优点是工作安全可靠。但电动机由正转变为反转时，必须先按下停止按钮，才能按反转按钮，否则由于接触器联锁作用，不能实现反转。 8.按钮联锁双向控制电路该线路的优点是操作方便，由正转变为反转时不必按下停止按钮，但容易产生电源两相短路故障。 9.接触器按钮双重联锁双向控制电路 该线路工作安全可靠、操作方便。 注：通过以上三个线路要明确联锁的作用及连接方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。 10.定子绕组串电阻降压起动控制线路（一）

感应电机矢量控制系统的仿真

《运动控制系统》课程设计学院： 班级： 姓名： 学号： 日期： 成绩：

感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器，再进行功能模块的有机整合，构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明了该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强，验证了交流电机矢量控制的可行性和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模 型和坐标变换 异步电机的动态数学模型是一个 高阶、非线性、强耦合的多变量系统， 异步电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。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程： 运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂， 坐标变换的目的就是要简化数学模 型。异步电机数学模型是建立在三相 静止的ABC坐标系上的，如果把它变 换到两相坐标系上，由于两相坐标轴 互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦 合，仅此一点，就会使数学模型简单 了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换） 在三相静止绕组A、B、C和两相 静止绕组a、b 之间的变换，或称三相 静止坐标系和两相静止坐标系间的变 换，简称 3/2 变换。 （2）两相—两相旋转变换（2s/2r变 换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐 标系 M、T 变换称作两相—两相旋转 变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表 示静止，r 表示旋转。

异步电机矢量控制设计

异步电机的矢量控制设计及仿真

前言 异步电机的矢量控制设计及仿真在矢量控制技术出现之前，交流调速系统多为V / f 比值恒定控制方法，又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态（如加减速）、加减负载等情况时，系统表现出明显的缺陷，所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展，交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制，采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美，甚至超过直流调速系统。 矢量变换控制(以下简称VC)技术的诞生和发展为现代交流调速技术的发展提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速系统成为可能。实践证明，采用矢量控制方法的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。矢量控制原理的出现也促进了其它控制方法的产生，如多变量解耦控制等方法。 七十年代初期，西门子公司的F .Blashke和W .Flotor提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流按转子磁链空间方向分解成为励磁分量和转矩分量，这样就可以达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的,得到了类似于直流电机的模型,然后模拟直流电机进行控制，可以获得良好的静、动态调速性能。本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上, 利Matlab/Simulink中SimPowerSystems模块,采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块, 再进行功能模块的有机整合, 构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强, 验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 1.异步电机的VC 原理 1.1 坐标变换 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势 为准则，在三相坐标系上的定子交流电机A i、B i、C i，通过3/2变换可以等效成

异步电机矢量控制Matlab仿真实验

基于Matlab/Simulink异步电机矢量控制系统仿真 一．理论基础 矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。其中等效的直流电动机模型如图1-1所示，在三相坐标系上的定子交流电流iA、iB、iC ，通过3/2变换可以等效成两相静止正交坐标系上的交流isα和isβ，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转正交坐标系上的直流电流ism和ist。 图1-1 异步电动机矢量变换及等效直流电动机模型 从图1-1的输入输出端口看进去，输入为A、B、C三相电流，输出为转速ω，是一台异步电动机。从内部看，经过3/2变换和旋转变换2s/2r，变成一台以ism和ist为输入、ω为输出的直流电动机。m绕组相当于直流电动机的励磁绕组，ism相当于励磁电流，t绕组相当于电枢绕组，ist相当于与转矩成正比的电枢电流。 按转子磁链定向仅仅实现了定子电流两个分量的解耦，电流的微分方程中仍存在非线性和交叉耦合。采用电流闭环控制，可有效抑制这一现象，使实际电流快速跟随给定值，图1-2是基于电流跟随控制变频器的矢量控制系统示意图。

图1-2矢量控制系统原理结构图 通过转子磁链定向，将定子电流分量分解为励磁分量i sm 和转矩分量i st ，转子磁链r ψ仅由定子电流分量i sm 产生，而电磁转矩e T 正比与转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流的两个分量的解耦。简化后的等效直流调速系统如图1-3所示。 图1-3简化后的等效直流调速系统 二．设计方法 1.电流模型设计 转子磁链在实用的系统中多采用按模型计算的方法，即利用容易测得的电压、电流或转速等信号，借助于转子磁链模型，实时计算磁链的幅值与空间位置。转子磁链模型可以从电动机数学模型中推导出来，也可以利用专题观测器或状态估计理论得到闭环的观测模型。在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分为电流模型和电压模型两种。本设计采用在αβ坐标系上计算转子磁链的电流模型。 由实测的三相定子电流通过3/2变换得到静止两相正交坐标系上的电流i sα和i sβ，在利用αβ坐标系中的数学模型式计算转子磁链在αβ轴上的分量 ?? ? ?? ?? ++-=+--=β αβχαβααωψψψωψψψs r r r s r r r i Tr Lm Tr dt d i Tr Lm Tr dt d 11 (2-1-1) 也可表述为：

三相异步电动机控制电路图

三相异步电动机的控制 1．直接启动控制电路 直接启动即启动时把电动机直接接入电网，加上额定电压，一般来说， 电动机的容量不大于直接供电变压器容量的20％~30％时，都可以直接启 动。 1）．点动控制 合上开关QF ，三相电源被引入控 制电路，但电动机还不能起动。按下按钮SF ，接触器KM 线圈通电，衔铁吸合，常开主触点接通，电动机定子接入 三相电源起动运转。松开按钮SF ， 图5-13 点动控制 接触器KM 线圈断电，衔铁松开，常开主触点断开，电动机因断电而停转。 2).直接起动控制 （1）起动过程。按下起动按钮SF ，接触器KM 线圈通电，与SF 并联的KM 的辅助常开触点闭合，以保 证松开按钮SF 后KM 线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM 的主触点持续闭合，电动机连续运转，从而实现连续运转控制。 （2）停止过程。按下停止按钮SS ，接触器KM 线圈断电，与SF 并联的KM 的辅助常开触点断开，以保 证松开按钮SS 后KM 线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM 的主触点持续断开，电动机停转。 与SF 并联的KM 的辅助常开触点的这种作用称为自锁。 图示控制电路还可实现短路保护、过载保护和零压 保护。 图5-14直接起动控制 ? 起短路保护的是串接在主电路中的熔断器FU 。一旦电路发生短路故障，熔体立即熔断，电动机立即停转。 ? 起过载保护的是热继电器KH 。当过载时，热继电器的发热元件发热，将其常闭触点断开，使接触器KM 线圈断电，串联在电动机回路中的KM 的主触点断开，电动机停转。同时KM 辅助触点也断开，解除自锁。故障排除后若要重新起动，需按下KH 的复位按钮，使KH 的常闭触点复位（闭合）即可。 ? 起零压（或欠压）保护的是接触器KM 本身。当电源暂时断电或电压严重下降时，接触器KM 线圈的电磁吸力不足，衔铁自行释放，使主、辅触点自行复位，切断电源，电动机停转，同时解除自锁。

转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真建模

转差频率控制的异步电动机矢量控制系统 的仿真建模 *** （江南大学物联网工程学院，江苏无锡214122） 摘要：矢量控制是目前交流电动机的先进控制方式，本文对异步电动机的动态数学模型、转差频率矢量控制的基本原理和概念做了简要介绍，并结合Matlab／Simulink软件包构建了异步电动机转差频率矢量控制调速系统的仿真模型，并进行了试验验证和仿真结果显示，同时对不同参数下的仿真结果进行了对比分析。该方法简单、控制精度高，能较好地分析交流异步电动机调速系统的各项性能。 关键词：转差频率；交流异步电动机；矢量控制；Matlab Modeling and Simulation of induction motor vector control system Based on Frequency control Luxiao (School of Communication and Control, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214036，China) Abstract: Vector control is an advanced AC motor control, this paper dynamic mathematical model of induction motor, slip frequency vector control of the basic principles and concepts are briefly introduced, and combined with Matlab / Simulink software package ,give the slip frequency vector Control System of the simulation model of the induction motor .Showed the simulation results, and simulation results under different parameters were compared. The method is simple, high control precision, can better analyze the AC induction motor drive system of the performance. Keywords: AC asynchronism motor; vector control; modeling and simulation; Matlab; 引言： 由于交流异步电动机属于一个高阶、非线性、多变量、强耦合系统。数学模型比较复杂，将其简化成单变量线性系统进行控制，达不到理想性能。为了实现高动态性能，提出了矢量控制的方法。所谓矢量控制就是采用坐标变换的方法，以产生相同的旋转磁势和变换后功率不变为准则，建立三相交流绕组、两相交流绕组和旋转的直流绕组三者之间的等效关系，从而求出异步电动机绕组等效的直流电机模型，以便按照对直流电机的控制方法对异步电动机进行控制。因此，它可以实现对电机电磁转矩的动态控制，优化调速系统的性能。 Matlab是一种面向工程计算的高级语言，其Simulink环境是一种优秀的系统仿真工具软件，使用它可以大大提高系统仿真的效率和可靠性。本文在此基础上构造了一个矢量控制的交流电机矢量控制调速系统，包含了给定、PI调节器、函数运算、二相/三相坐标变换、PWM脉冲发生器等环节，并给出了仿真结果。 1．异步电动机的动态数学模型 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。在研究异步电动机的多变量非线性数学模型时，常作如下的假设： 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

Simulink异步电机矢量控制(全文)

异步电动机矢量控制系统的仿真研究 摘要： 本文根据异步电动机矢量控制的基本原理，基于Matlab 软件构造了按转子磁场定向的矢量控制系统的仿真模型。通过仿真试验验证了模型的正确性，结果表明所建立的调速系统具有良好的动态性能，实现了系统的解耦控制。 关键词：异步电动机矢量控制Matlab 仿真 Simulation of Vector Control System for Asynchronous Motor Abstract: According to the basic principles of induction motor vector control，this paper constructssimulation model of rotor magnetic field oriented vector control system based on the MATLAB software.It verifies the accuracy of the model by simulation. Results show that it has good dynamic performance，andit realizes the decoupling control system. Key words: asynchronous-motor; vector control; matlab simulation 0 引言 异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得良好的调速性能，必须从其动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电动机的调速方案。矢量控制就是基于动态模型的高性能的交流电动机调速系统的控制方案之一。所谓矢量控制，就是通过矢量变换和按转子磁链定向，得到等效直流电动机模型，在按转子磁链定向坐标系中，用直流电动机的方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量经变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。 1异步电动机矢量控制原理及基本方程式 1.1基本公式 矢量控制系统的基本思路是以产生相同的旋转磁动势为准则,将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流通过坐标变换等效成同步旋转坐标系上的直流电流,并分别加以控制,从而实现磁通和转矩的解耦控制,以达到直流电机的控制效果。异步电动机在两相同步旋转坐标系上的数学模型包括电压方程、磁链方程和电磁转矩方程。分别如下: ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? + - + - + - - + = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? rq rd sq sd r r r s m m s r s r r m m m m s s s m m s s s rq rd sq sd i i i i P L R L P L L L P L R L P L P L L P L R L L P L L P L R u u u u ω ω ω ω ω ω ω ω 1 1 1 1 1 （1） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? rq rd sq sd r m r m m s m s rq rd sq sd i i i i L L L L L L L L ψ ψ ψ ψ （2） ) ( rq sd rd sq m p e i i i i L n T- =（3）当两相同步旋转坐标系按转子磁链定

第4章三相异步电动机基础教案.doc

安徽新闻出版职业技术学院教案 科目电机与拖动技术基础年级15 包装自动化技术 1 班任课教师付学敏第 4 章三相异步电动机 课 题 1、知识方面：了解三相异步电动机的基本结构、理解工作原理、电磁转矩和机械特教 性，理解起动、调速、制动方法。 学 2、德育方面：科学技术就是生产力。 目 3、技能方面：识别三相异步电动机的基本结构。 的 重三相异步电动机的感应电动式和磁动势 点三相异步电动机的工作原理 难三相异步电动机的工作特性 点 挂（ a）简化的三相绕组分布图 图（ b）按星形连接的三相绕组接通三相电源 或（ c）三相对称电流波形图 实（ d）两极绕组的旋转磁场 验 用 具 作 业

本 课 小 结 安徽新闻出版职业技术学院教师专用纸

导入：三相异步电动机结构简单、制造方便、坚固耐用、维护容易、运行效率高、工作特性好；和同容量的直流电动机相比，异步电动机的 重量约为直流电动机的一半，其价格仅为直流电动机的 l/3 左右；而且异步电动机的交流电源可直接取自电网，用电既方便又经济。所以大部 分的工业、农业生产机械，家用电器都用异步电动机作原动机，其单机容量从几十瓦到几千千瓦。我国总用电量的 2/3 左右是被异步电动机消耗掉 的。 教三相异步电动机的基本结构与工作原理 学过程一、基本结构 三相异步电动机主要是由定子部分（静止的）和转子部分（转动的）两大部分组成，定、转之间是空气隙。另外还有端盖、轴承、机座、风扇等部件。 （一）异步电动机的定子结构 异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。 1.机座 异步电动机的机座主要是固定和支撑定子铁心和绕组。中小型电机 一般采用铸铁机座、大中型电机采用钢板焊接的机座。电机损耗变成的 热量主要通过机座散出，为了加强散热面积，机座外部有很多均匀分布 的散热筋。机座两端面上安装端盖，端盖支撑转子，保持定、转子之间 的气隙值。 2.定子铁心 定子铁心是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心 的铁损耗，定子铁心用厚的硅钢冲片叠成，硅钢片两面还应涂上绝缘漆，用以降低交变磁通在铁心中产生的涡流损耗。在定子铁心内圆上开有 槽，槽内放置定子绕组 ( 也叫电枢绕组 ) 。 3.定子绕组 异步电机的定子绕组是电动机电路部分。小型异步电动机定子绕组 通常由高强度漆包圆线绕成线圈嵌入铁心槽内；大、中型电机使用矩形 截面导线预先制成成型线圈，再嵌入槽内。每相绕组按一定规律连接，

交流异步电动机的矢量控制系统设计原理

交流异步电动机的矢量控制系统设计原理 本文主要利用电机矢量控制系统原理，提出了一种异步电机矢量控制系统及其控制策略总体设计方案，采用Simulink工具构建了矢量变频调速系统数学模型，详细介绍了各个子模块的构建方法和功能。通过仿真可得系统的动态及稳态性能，表明系统具有较高的响应能力和鲁棒性，为矢量控制技术提供了一种前期检验方法和研究手段。 0引言 异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，矢量控制是电机控制系统的一种先进控制方法，由于其交流调速时的优越性被广泛应用到异步电机调速系统中。基于Simulink的交流异步电机仿真可以验证系统设计方案的有效性，在实验室应用过程中可能遇到系统设计难题。 本文以双闭环矢量控制系统为研究对象，在Simu-link中进行仿真来验证控制系统的有效性。通过分析仿真结果得到矢量控制系统的动静态特性，从而证实了本设计方案的可行性。 1矢量控制原理 矢量控制系统，简称VC系统，坐标变换是核心思想。矢量控制的基本思想是以产生同样的旋转磁动势为准则，将异步电动机在静止三相坐标系上的定子交流电流等效成两相静止坐标系上的交流电流，在通过坐标旋转变换将其等效成同步旋转坐标系上的直流电流，等效过程中实现磁通和转矩的解耦控制，达到直流电机的控制效果，得到直流电动机的控制量。便可将三相异步电动机等效为直流电动机来控制，获得与直流调速系统接近的动、静态性能。 矢量控制中矢量变换包括三相-两相变换和同步旋转变换，将d轴沿着转子总磁链矢量φr的方向称为M轴，将q轴逆时针转90°，即垂直于矢量φr的方向称为T轴，经过变换电压-电流方程改写为式（1），磁链方程为式（2）：