三相异步电机正反转控制系统设计

武汉大学珞珈学院本科毕业论文

保密类别 编 号

武汉大学珞珈学院

毕 业 论 文

异步电机直接转矩控制系统的研究

系 别 电气工程与自动化 专 业 电气工程与自动化 年 级 2012级电气四班 学 号 20120801155 姓 名 颜东明 指导教师 应黎明

武汉大学珞珈学院

1

武汉大学珞珈学院本科毕业论文

摘 要

直接转矩控制技术简称为 DTC，是继矢量控制技术之后，发展起来的另一种新型的，

高动态性能变频调速技术。具有控制结构较简单、转矩响应快并且易实现全数字化等特点。 但由于其转矩脉动较大，启动电流过大等不足，阻碍了其发展跟应用。为此，本文针对感 应电机直接转矩控制系统的性能展开相应的理论跟实验研究，主要研究内容如下：

（1）建立三相异步电机的数学模型，通过变换矩阵得到电机在二相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。

（2）阐述三相异步电机的直接转矩控制原理，利用Matlab/Simulink仿真软件，设计出直接转矩控制模型。

（3）对直接

武汉大学珞珈学院本科毕业论文

保密类别 编 号

武汉大学珞珈学院

毕 业 论 文

异步电机直接转矩控制系统的研究

系 别 电气工程与自动化 专 业 电气工程与自动化 年 级 2012级电气四班 学 号 20120801155 姓 名 颜东明 指导教师 应黎明

武汉大学珞珈学院

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武汉大学珞珈学院本科毕业论文

摘 要

直接转矩控制技术简称为 DTC，是继矢量控制技术之后，发展起来的另一种新型的，

高动态性能变频调速技术。具有控制结构较简单、转矩响应快并且易实现全数字化等特点。 但由于其转矩脉动较大，启动电流过大等不足，阻碍了其发展跟应用。为此，本文针对感 应电机直接转矩控制系统的性能展开相应的理论跟实验研究，主要研究内容如下：

（1）建立三相异步电机的数学模型，通过变换矩阵得到电机在二相静止和两相旋转坐标系下的数学模型。

（2）阐述三相异步电机的直接转矩控制原理，利用Matlab/Simulink仿真软件，设计出直接转矩控制模型。

（3）对直接

1 设计总体思路

1.1主电路的设计

直接转矩控制系统简称DTC(Direct torque control)系统，是继矢量控制系统之后发展起来的另一种高动态性能的交流电动机变压变频调速系统。在他的转速环里面，利用转矩反馈直接控制电动机的电磁转矩，因而得名。

直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差??s的正负符号和电磁转矩偏差?Te的正负符号，再根据当前定子磁链的矢量?s所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。

系统主电路如图1.1所示，由三相不控桥、交流母线、三相逆变器和异步电机组成，2812DSP的脉冲信号控制全控器件的导通。

~

PW1 PW2 PW3 PW4 PW5 PW6 VD4 VD5 VD6 VD2 VD3 C V1 V3 V5 M ~ V4 V6 V2 隔离驱动电路 2812 DSP FBS

图1.1 系统主电路图

1.2 基本原理

直接转矩控制系统的原理结构如图1.2示，途中的A?R和ATR分别为定子磁链调节器和转矩调节器，两者均采用带有滞环的双位式控制器，他们的输出分别为定子磁链幅值偏差??s的符号函数sgn(?s)

第1章 绪 论

1.1 毕业论文选题的背景

电动机作为主要的动力设备被广泛的应用于工农业生产、国防、科技、日常生活等各个方面，其负荷约占总发电量的60％\％，成为用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流电动机两大类，其中交流电动机形式多样、用途各异、拥有量最多，交流电动机又分为同步电动机和异步(感应)电动机两大类。根据统计，交流电动机用电量占电机总用电量的85％左右，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位。电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率；二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能好坏对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。电动机和控制装置一起合成电力传动自动控制系统。以直流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为直流调速系统；以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为交流调速系统。根据交流电机的类型，相应有同步电动机调速系统和异步电动机调速系统。

众所周知，直流电动机的转速容易控制和调节，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此，长期以来在

中华人民共和国国家标准 三相异步电机试验方法

Test procedure for three-phase induction motors UDC 621 313.33:621 317 GB1032-85 代替GB1032-68 1 适用范围

本标准适用于三相异步电动机。

型式试验及检查试验的项目,应按照GB 755-81《电机 基本技术要求》及各类型电机标准的规定。 各类型三相异步电动机凡有本标准未规定的试验基础上或有特殊试验方法及要求时,应在该类型电机的专业标准中作补充规定。 2 试验要求及准备 2.1 试验电源

试验电源的电压波形正弦性畸变率应不超过5%;在进行温升试验时应不超过2.5%。 试验电源的三相电压对称系统应符合下述要求:

电压的负序分量和零序分量均不超过正序分量的1%;在进行温升试验时,负序分量不超过正序分量的0.5%,零序分量的影响予以消除。

试验电源的频率与额定频率之差应在额定频率的±1%范围内。

对频率为400Hz以上的电动机,其试验电源的要求可在该类型电机的标准中规定。 2.2 电气测量 2.2.1 测量仪器

试验时,采用的电气测量仪表的准确度应不低于0.5级(兆欧表除外),三相瓦特表的准确度应不低于1.0级,互感

三相异步电机定子绕线方法

交流绕组的构成原则

均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等。 每极槽数用极距τ表示

每极每相槽数 （举例）

对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开120电角度。 如槽距角为α，则相邻两相错开的槽数为120/α。（举例）

电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。

如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。（举例）

三、三相单层绕组

★构造方法和步骤

分极分相: （看图1000-1）

将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向。； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。

连线圈和线圈组：（看图1000-2）

将一对极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？） 将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？） 以上连接应符合电势相加原则

连相绕组：（看图1000-3）

将属于同一相的p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。

串联与并联，电势相加原则。

按照同样的方法构造其他两相。

连三相绕组 （看图1000-4）

将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕

中华人民共和国国家标准 三相异步电机试验方法

Test procedure for three-phase induction motors UDC 621 313.33:621 317 GB1032-85 代替GB1032-68 1 适用范围

本标准适用于三相异步电动机。

型式试验及检查试验的项目,应按照GB 755-81《电机 基本技术要求》及各类型电机标准的规定。 各类型三相异步电动机凡有本标准未规定的试验基础上或有特殊试验方法及要求时,应在该类型电机的专业标准中作补充规定。 2 试验要求及准备 2.1 试验电源

试验电源的电压波形正弦性畸变率应不超过5%;在进行温升试验时应不超过2.5%。 试验电源的三相电压对称系统应符合下述要求:

电压的负序分量和零序分量均不超过正序分量的1%;在进行温升试验时,负序分量不超过正序分量的0.5%,零序分量的影响予以消除。

试验电源的频率与额定频率之差应在额定频率的±1%范围内。

对频率为400Hz以上的电动机,其试验电源的要求可在该类型电机的标准中规定。 2.2 电气测量 2.2.1 测量仪器

试验时,采用的电气测量仪表的准确度应不低于0.5级(兆欧表除外),三相瓦特表的准确度应不低于1.0级,互感

摘 要

随着电力电子技术、微处理器技术以及新的电机控制技术的发展，交流调速性能日益提高。变频调速技术的出现使交流调速系统有取代直流调速系统的趋势。但是国民经济的快速发展要求交流变频调速系统具有更高的调速精度、更大的调速范围和更快的响应速度，一般的通用变频器己经不能满足工业应用的需求，而交流电机矢量控制调速系统能够很好的满足这个要求。矢量控制(Field Oriented Control)，能够实现交流电机电磁转矩的快速控制，本文对三相交流异步电机的矢量控制系统进行了研究和分析，以高性能数字信号处理器为硬件平台设计了基于DSP的三相交流异步电机的矢量控制系统，并分析了逆变器死区效应的产生，实现了逆变器死区的补偿。

本文介绍了交流调速及其相关技术的发展，变频调速的方案以及国内外对矢量控制的研究状况。以三相交流异步电机在三相静止坐标系下的数学模型为基础，通过Clarke变换和Parke变换得到三相交流异步电机在两相旋转坐标系下的数学模型，并利用转子磁场定向的方法，对该模型进行分析，设计了转子磁链观测器，以实现交流电机电流量的有效解耦，得到定子电流的转矩分量和励磁分量。仿照直流电机的控制方法，设计了矢量控制算法的电流与速度双闭环控制系

异步电机

目录

第一章 概述 第二章 电压空间矢量脉宽调制技术的原理 2.1 矢量控制原理 2.2 电压空间矢量 2.3 电压空间矢量合成 2.4 电压空间矢量所在扇区的判断 2.5 开关向量作用时间的计算 第三章 SVPWM仿真实现 3.1 MATLAB总体仿真图 3.2 各模块MATLAB仿真图 3.3 MATLAB各模块仿真结果分析 第四章 总结与体会 参考文献

2 4 4 5 8

9 10 14

14 15 17

19 20

异步电机

第一章 概述

1.空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation)

SVPWM的主要思想是:以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传

实验三 三相异步电机变频控制实验

一、实验目的

1．了解三相异步电动机变频调速的原理； 2．掌握用基本操作面板（BOP）更改变频器参数； 3．掌握用PLC实现对变频器的控制方法。 二、实验设备

机电控制实验台、计算机、编程软件、通讯电缆 三、实验原理

三相交流异步电动机的转速n满足如下公式：

n?60f(1?s)p

式中 f——定子电源频率（Hz）；s——转差率；p——磁极对数。

可见，要改变交流电动机的转速有三种方法：改变定子电源频率；改变转差率；改变磁极对数。其中以改变定子电源频率最为常见。 四、实验内容 1．变频器的参数设置

本实验以SINAMICS G110变频器基本参数名称为例说明。利用基本操作面板（BOP）可以设置变频器的各个参数。BOP 具有五位数字七段LED显示器，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。下面以表3-2说明如何改变参数P0003 的数值。按照这个步骤，可以用BOP设定任何一个参数。变频器常用参数功能说明如表3-3所示。

表3-2 BOP设定参数P0003步骤

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表3-3 BOP设定参数步骤说明

参数 P0010 开始快速调试 1=快速调试。 在电动机投入运行前，P0010必须回到0