恒压频比控制的异步电动机变频调速系统的仿真
变频调速具有调速范围宽、平滑性好等特点，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。随着电力电子技术的发展，许多简单可靠、性能优异、价格便宜的变频调速装置已得到广泛应用。恒压频比控制是交流异步电机变频调速最基本的控制方式，其实质为变压变频调速，同时改变电压和频率，保持调速过程中电动机气隙磁通基本恒定。恒压频比控制变频调速时，由于最大转矩和最大转矩所对应的转速降均为常数，所以电动机有较硬的机械特性；但是在频率变到很低时，定子阻抗压降所占比重较大，此时最大转矩将随频率下降而减小。为保持低频时电动机有足够大的转矩，可以人为地使定子电压抬高一些，近似地补偿一些定子压降。 恒压频比调速系统的基本原理如图14-？所示，系统由升降速时间设定、U/f曲线、SPWM调制和驱动等环节组成。其中升降速时间设定用来限制电动机的升频速度，避免转速上升过快而造成电流和转矩的冲击，起软起动控制的作用。U/f曲线用于根据频率确定相应的电压，以保持压频比不变，并在低频时进行适当的电压补偿。SPWM和驱动环节将根据频率和电压要求产生按正弦脉宽调制的驱动信号，控制逆变器以实现电动机的变压变频调速。
图14-？ 恒压频比调速系统原理图
1、 建立仿真模型
根据电气原理图建立恒压频比变频调速系统，如图14-？所示，仿真模型由逆变器、异步电动机、PWM生成器等主要模块组成。Subsystem为升速频率生成子系统，见图14-？。在升速频率生成后面是一个取整环节，使频率为整数。取整环节后面是与U-f曲线（见图14-？）对应的函数发生器，其函数表达式为：
UU?Nf?U0
fNUN为电动机额定电压，fN为电动机额定频率，U0为补偿的初始电压值。
电压U、频率f、时间t经汇总为一维矢量[u(1),u(2),u(3)]，函数模块ua、ub、uc分别用于产生三相调制信号，即 Ua?Usin(2?ft) Ub?Usin(2?ft?2?3) Uc?Usin(2?ft?2?3)
根据三相调制信号，由PWM Generator发生器产生逆变器驱动脉冲，经逆变器得到频率和幅值可调的三相电压，使异步电动机按照给定要求起动和运行。
图14-？ 恒压频比异步电动机变频调速系统仿真模型
图14-？ Subsystem频率生成子模块
异步电动机矢量控制变频调速系统的仿真
矢量控制也称为磁场定向控制，是当前高性能交流调速系统一种典型的控制方案。转子磁场定向实现了定子电流励磁分量与转矩分量的解耦，转子磁链仅由定子电流励磁分量id产生，与转矩分量无关。当转子磁链达到稳态并保持不变时，电磁转矩只由定子电流转矩分量决定，此时，磁链与转矩分别由id与iq独立控制。分别控制由定子电流分解得到的励磁电流（id）和转矩电流（iq），并且同时控制它们的相位和幅值，称之为矢量控制。
交流电机矢量控制的基础是矢量变换，矢量控制中需要用到的坐标变换主要包含如下两种：
三相静止坐标系（abc）到两相旋转坐标系（dq）的变换表达式为：
??sin(??2?i?2?sin?d3?)sin(??23?)???ia? ?i??3???q??cos?cos(??2?i?b? ??3?)cos(??2
3?)?????ic??
两相到三相变换模块
???sin??cos???i?a????i?b?2?sin(??2?)?cos(??2?)???id? ???i3?c???33??i?q???sin(??23?)?cos(??2?3?)??Simulink仿真如图4.2：
1、建立仿真模型
图14-？是异步电动机矢量控制调速系统的结构框图，主要由速度控制器、矢量控制器、电流比较脉冲产生器、逆变器、异步电动机和信号测量等组成。
根据结构原理图，建立仿真模型，如图14-？所示。
在该模型中，异步电动机、逆变器、测量等模块为SimPowerSystem自带的。
转速控制子模块作用是根据电机实际反馈转速与参考转速的差值，采用PI控制器产生转矩。其原理公式为：
Te*?Kp(n*?n)?Ki?(n*?n)dt
仿真电路如下：
电流比较脉冲产生器子模块作用是把矢量控制环节输出的三相电流与反馈电流进行比较，并整形处理产生六相脉冲信号，用来控制逆变器。其仿真电路如图？所示。
矢量控制器子模块比较复杂，其内部结构如图？所示，主要由励磁电流计算、转矩电流计算、转子磁链位置角计算、磁链计算、坐标变换等子模块组成。坐标变换已经在前面阐述，其他每个模块的理论依据阐述如下：
定子电流励磁分量计算模块：id*=phir*/Lm，此处，Lm为电动机定、转子的互感。
定子电流转矩分量计算模块：iq*?Lm为定转子互感。
22LrTe*，式中，p为电动机极对数，Lr为转子自感，
3pLmphir转子磁链计算模块：根据定子电流的励磁分量可以计算出转子磁链幅值。phir?式中，Tr为转子时间常数。 转子磁链位置角计算模块：theta?
Lmid，1?Trs?30?(n??n*)dt，转差速度?n*??Lmiq30Trphir。
注意：文档中的所有图片均需要用软件重新画制，不得拷贝！最后交大作业的时候需要将用软件画的原图电子档一起上交！