维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年第７期 煤炭工程 异步电动机变频调速系统仿真研究 刘振庭 （西安航空技术高等专科学校，陕西西安７１００７７） 摘要：通过建立三相异步电动机在旋转坐标系下的数学模型，论述了空间矢量脉宽调制技 术原理。利用Ｍａｄａｂ软件对电压源型ＳＶＰＷＭ交流调速系统进行了仿真，给出了仿真结果，并进 行了分析。 关键词：ＳＶＰＷＭ；交流调速；矢量控制；异步电动机 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—０９５９（２００８）０７－００７１￣２ 近年来电力电子技术，现代控制技术和计算机技术发 展迅速，促进了交流调速技术的快速发展，交流调速取代 直流调速已成为当前发展的趋势。目前，在众多的交流调 速方案中，矢量控制技术是最热门的研究方向之一，矢量 控制技术提高了交流调速系统的静、动态性能，但它包含 功率转换和坐标变换等复杂计算，采用传统模拟电路难以 实现。而电力电子器件和微处理器的飞速发展给矢量控制 的实现提供物质基础 Ｊ。本文论述了ＳＶＰＷＭ调制原理， 推导了ＳＶＰＷＭ技术的有关公式，说明了其算法，然后建 立异步电机在旋转坐标系下的矢量模型，并用Ｍａｆｌ￣软件 对矢量控制系统进行了仿真，给出了仿真结果。 ｌ矢量控制数学模型 在推导异步电机数学模型时作如下假设：①电机三相 《１： 嚣 绕组对称．空间互差１２０。电角度，所产生的磁动势沿气隙 大。这是振动严重超标的原因。 ２）天轮固有频率与机电谐振频率接近，建议恢复谐波 ｉ 补偿器以减小机电谐振的影响；在天轮轴承处测到明显的 ” Ｌ一 ｊＩＩ，』 ＿一 ｋ ． － ｌ ． Ｌ ＡｌＬ，ｄ￣． Ｊ ． １ 冲击信号，建议检修时开盖检查，一旦发现问题及时更换， ’『＇ ’ 唧 ｆ ＩＩＩＩＴ ｒ ｙ Ｉ 以保证提升机正常运行。 Ｉ 参考文献： ［１］ 王丽，苏荣华．煤矿主提升系统井塔振动分析［Ｊ］．煤炭 机械，２００３，（１１）：６１～６３． 图８转半圈轴上振动速度时域图 ［２］ 张秀娟，薛庆军．多绳提升机钢丝绳张力测量方法分析 反映振动剧烈的现象相符，此时新主绳的固有频率约 ［Ｊ］．矿山机械，２００３，（８）：４６～４７． １．２５Ｈｚ，与结构固有频率相差较大；当钢丝绳随着使用磨 ［３］ 王文静，李有．主提升系统设备改造［Ｊ］．煤矿机械， ２００５，（２）：２２～２４． 损、疲劳和老化、断丝以及绳内油脂的渗出，绳子的固有 ［４］ 李占芳，郭磊，肖兴明．提升机性能测试及故障诊断［Ｊ］． 频率相应降低，当钢丝绳的固有频率靠近系统的低阶固有 煤矿机械，２００５，（７）：１３４～１３５． 频率时，三个成分叠加到一起形成共振，使系统的振动增 （责任编辑赵巧芝） 收稿日期：２００８—０３—１０ 作者简介：刘振庭（１９５５一），男，陕西佳县人，教授，现在西安航空技术高等专科学校电气系从事电子和电机方面 的教学及科研工作。 ７ｌ 维普资讯 http://www.cqvip.com 煤Ｐ ‘Ｌ～ｔ １ 炭工程 ｉ 。，ｉ ２００８年第７期 ｉ ，Ｌ 为定子和转子电流在Ｍ—Ｔ轴上的电流分 ｔ２量； 为电磁转矩；转差频率为： ０）１一 Ｓ １ ３）转差频率 与转矩问关系为： 由以上数学模型组成ＳＶＰＷＭ矢量控制系统框图如图１ ｐｍ蔷 式中：Ｒ。，Ｒ 为定子和转子等效电阻，Ｐ为微分算子，Ｐ 为电机极对数； 。， 。为定子在Ｍ—Ｔ轴上的电压分量； （０ ／，、 示。图１中标有 号的控制量为指令值，其它为实际值。 图１中转速调节器和电流调节器均为ＰＪ调节器。 厂 Ｌ ，“ 厂—］、 ＼、／一 ＝：：：ｌ 中 ｌ 二 Ｉ ｉ ， 矢量 Ｚ． ｂ Ｚ ａ 、 电流控制 ＰＷＭ Ａ Ｒ 变换 ’ Ｚ． ｃ 变频器 中 ０９ ＿＿１磁通观测器 ＼ ＼二 图１矢量控制调调系统框图 ２控制系统仿真分析 根据上述模型，利用Ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立了矢量控制 １２０ １００ ８０ 变频调速仿真模型，仿真参数为：感应电动机参数设置如 下：电压３８０Ｖ，频率５０Ｈｚ，２对极，Ｒ ＝０．４３５Ｑ，Ｌ ＝ ２ｍＨ，Ｒ ＝０．８１６ｆ￣，Ｌ１ ＝２ｍＨ，Ｌ ＝６９．１ｍＨ，Ｊ＝０．０１９ｋｇ ． 荤６０ ４０ ２０ ０ ．・Ｉｌｌ 。逆变器的直流电源为４１０Ｖ。 交流调速系统首先须检测启动性能，观察转速、转矩 以及启动电流是否满足要求。图２所示波形即为空载起动 时转速波形，图３为空载起动时转矩波形。 —，’ ｝ ｈ’ ” ｌ啊Ｉ ｆ ／ ０ １ ０．２ ０ ３ ０．４ ０ ５ ０．６ ０．７ ０．８ １６００ １４００ １２００ １０００ ／ ２０ ０ 时间，ｓ ／ 图３空载起动的转矩波形 荟 差 ０ｏ ６００ ４００ ２００ ０ ０ —． ．７ 系统动态性能优良，响应时间快；从负载突变时的响应曲 线可知，系统具有良好的抗干扰性能。采用矢量控制方式， 实现了励磁电流与转矩电流的控制，其电流、转矩、 转速波形和直流电机的控制波形相似。从发展趋势看矢量 控制变频调速系统完全可达到或超过直流电机的控制指标 和性能。在矢量控制系统中，由于励磁电流环采用了闭环 ０．３ ０ ４ ０．５ ０．６ ０ ７ ０８ ．／ ／ ／ ０．２ ０．１ 控制，保证了异步电动机有合适的磁场，因此，这种交流 调速控制方式在煤矿机械调速方面，有很好的应用前景。 参考文献： ［１］ 符曦．感应电动机的矢量控制及应用［Ｍ］．北京：机械工 业出版社，１９８６． 时间／ｓ 图２空载起动的转速波形 ３结语 本文建立了矢量控制系统在Ｍ—Ｔ坐标系上的数学模 型，对ＳＶＰＷＭ矢量控制原理进行了详尽的分析，利用 ［２］ 尹忠刚，等．基于空间电压矢量的变频器能量回馈系统研究 ［Ｊ］．电力电子技术，２００７（７）：６～８． ［３］ 冯垛生，曾岳南．无速度传感器矢量控制原理与实践［Ｍ］． 北京：机械工业出版社，２００１． ＳＶＰＷＭ控制，实现转子磁链定向控制，最后建立了矢量控 制的仿真模型，模型中采用了速度Ｈ调节器，磁链电流ＰＪ 调节器和转矩电流ＰＪ调节器三个调节器，分别对转速、磁 ［４］ 张伟．无转速传感器异步电机矢量控制系统控制方法的研究 ［Ｄ］．杭州．浙江大学．２００１，３～１０． 链电流和转矩电流进行控制。仿真结果表明：本文所用的 变频调速矢量控制算法是成功的，从起动过程的曲线可见， ７２ （责任编辑赵巧芝）
