交流调速系统仿真实验
一、实验目的
1、了解交流异步电动机矢量变频调速系统的结构，并能建立其仿真模型进行仿真实验验证。 2、 掌握交流异步电动机采用磁场定向控制（FOC）变频调速系统的工作原理、优缺点及应
用场合。
3、 掌握交流异步电动机磁场定向控制中实现矢量变换的方法和意义。
a) 了解交流异步电动机直接转矩控制中滞环工作原理以及电压空间矢量的概念。 b) 研究不同控制方式下有关控制参数变化对系统稳态与动态特性的影响。
二、实验原理
1、交流异步电动机转子磁场定向控制原理
1.1交流异步电动机数学模型
在介绍磁场定向控制原理前，先引入异步电机的数学模型。为了分析方便，先对三相异步电机做如下理想化假定：
（1） 电机定转子三相绕组完全对称；
（2） 定转子表面光滑，无齿槽效应，定转子每相气隙磁动势在空间呈正弦分布； （3） 磁饱和、涡流及铁心损耗忽略不计。
在图1所示的旋转坐标下，其中a、b、c为三相定子绕组，?、?为两相定子坐标，
d、q为两相转子旋转坐标，isd、isq、is?、is?分别是定子电流矢量is在d、q、?、?轴上的分量。
b q ? isq is? is ?s d isd ? a,? is? c 图1. 异步电机的坐标系 1.2 交流异步电动机转子磁场控制原理 图2所示的是异步电机磁场定向控制的框图，利用空间矢量分析法，采用磁场定向将定子电流进行CLARK变换和PARK变换（下文会对矢量变换进行介绍），得到在dq坐标系下的励磁反馈电流isd和转矩反馈电流isq，与给定励磁电流isdref和转矩电流isqref，再经过PARK逆变换输出在??坐标下的电压，用来决定空间矢量的PWM波形输出。速度反馈一方面用于与给定速度比较产生isqref，另一方面进入电流模型决定磁链的位置，并用于PARK和CLARK逆变换。通过采样电机三相电流，经过坐标变换转换到转子的同步坐标下，在经过电流环PI调节出适当的电压矢量，经过空间矢量发生器后去控制三相逆变器。这里在进行坐标变换时需要知道转子轴的位置，即图1中的?角，可以通过定子电流矢量和电机转子时间常数来获得这一角度。
图2. 转子磁场定向控制原理框图
1.3、交流电动机模型在Malab中的实现 为了简化交流电机的建模复杂工作，MATLAB推出的SimPowerSystems工具箱中定制封装了系列电机模型，当然包括在先前介绍的直流电机模型。SimPowerSystems工具箱中的交流电机模型位于Machines库中，主要包括Asynchronous Machine pu Units（标么值单位制的异步电动机） 、 Asynchronous Machine SI Units（国际单位制的异步电动机）、 Permanent Magnet Synchronous Machine（永磁式同步电动机）、Simplified Synchronous Machine pu Units（标么值单位制的简化同步机）、Simplified Synchronous Machine SI Units（国际单位制的简化同步机）等。在本实验中采用国际单位制的异步电动机－Asynchronous Machine SI Units。
异步电动机模型
电机测试信号分配器模块
三、实验内容：
1、矢量控制变频调速仿真
图3：矢量控制变频调速仿真图 * Calculation子模块 1）I qs
2） DQ－ABC子模块
3）Teat Calculation子模块
4）ＡＢＣ-ＤＱ子模块
* Calculation子模块 5）I ds
6）Current Regulator 子模块
7）ASR子模块
8）异步电机参数：线电压380；额定频率5０Ｈｚ；;定子内阻0.087Ω;定子漏感0.8ｍＨ；转子内阻0.228Ω；转子漏感0.8ｍＨ；定、转子漏感34.7；极对数为4。为逆变器直流电源Vdc设为780V。仿真方法选择为固定步长（fixed-step）。仿真时间设为0－31.5秒 2、实验结果及分析