摘要：本文以交流感应电动机为研究对象，首先说明了交流电动的数学模型，通过对数学模型的分析，讨论了转子磁场定向矢量控制原理，根据数学模型和矢量控制原理，本文重点分析了弱磁区的电机运行状态，并讨论了弱磁运行时的电压和电流限制条件。在对电机弱磁状态的分析时，将弱磁区分为恒转矩区、恒功率区和恒电压区。之后给出了现在普遍使用的传统弱磁算法。最后通过Matlab搭建仿真模型，通过仿真图和实验结果证明了传统弱磁算法能够使电机弱磁状态下稳定运行。
关键词：交流感应电动机；矢量控制；弱磁运行
1绪论
随着科学技术水平的不断提高，人们对交流调速系统性能的要求越来越高。高水平高性能的调速系统是整个国家制造装备发展的关键。本论文针对这种情况，对交流感应电动机在高速运行下的弱磁区域的控制进行研究，寻求好的控制效果。
现代工业生产及社会发展的需要推动了交流电机调速的飞速发展。现代控制理论的发展以及电力电子技术的发展和应用，微机控制技术及大规模集成电路的发展和应用，为交流调速的飞速发展创造了技术和物质条件。
交流电机是一个多变量、非线性的被控对象。由于电动机不同的驱动对象，因此采用的电机控制策略也是不尽相同，比如像风机、水泵等对调速性能要求不高的此类负载可采用恒V/F控制，这种方法是从电机的稳态方程出发研究其控制特性，但结果是其动态控制效果特性较差。在20世纪70年代初，提出了用矢量变换的方法研究电机的动态控制过程，不仅控制各变量的幅值，而且控制其相位，同时利用状态重构和估计的现代控制概念，巧妙的实现了交流电机磁通和转矩的重构和解耦控制，从而促进了交流电机控制系统走向实用化。现在在轧机主传动、电力机车牵引和数控机床中，国外已成功将变频电源供电的异步电机采用矢量控制技术应用于其中。此外，为解决系统复杂性和控制精度之间的矛盾，又提出了一些新的控制方法，如直接转矩控制、电压定向控制和定子磁场定向控制等。目前控制芯片的计算能力已经不断提高，电机控制中现代控制理论中的各种控制方法得到应用，如二次型性能指标的最优控制和双位模拟调节器控制的应用，可提高系统的动态性能，滑模变结构控制可增强系统的鲁棒性，状态观测器和卡尔曼滤波观测器可以获得无法实测的状态信息，自适应控制则能全面提高系统的性能。
本文的主要研究内容为：
（1）讨论基于转子磁场定向控制的电机数学模型、矢量控制原理。
（2）根据弱磁区的稳态方程和电压电流的限制条件分析弱磁运行各个区域的情况
（3）在理论分析的基础上，在Matlab/Simulink中搭建基于矢量控制的异步电机调速仿真模型，通过实验结果验证弱磁控制的优点。
2转子磁场定向及弱磁控制算法研究
由于本论文主要讨论的是以转子磁场定向为核心的交流电机控制策略，在转子磁场定向的矢量控制系统中，一般把dq坐标系放在同步旋转磁场上，把静止坐标系中的各交流量转化为旋转坐标系中的直流量，并使d轴与转子磁场方向重合，因此磁场定向的感应电机的数学模型在旋转坐标系下。最终控制框图如下所示：
图1：转子磁场定向控制框图
3高速弱磁运行时电压和电流的限制条件
即随着同步频率的增加，需要逆变器提供更多的电压以保证有足够的电流产生。
4仿真结果
仿真选用的电机铭牌参数列于表4-1。
除了铭牌上提供的电机参数外，矢量控制还需要用到电动机电阻、电感和电流等电气参数，而这些参数无法通过仪器直接测量。可以通过电机的空载实验、堵转实验及等效计算获得电机参数。表4-2所列的是通过电机试验测试获得的电机等效电路参数。
其中，电机励磁电流额定值近似等于电机空载时的定子电流。最终仿真结果如下图所示，其中上层波形为电机的三相电流波形，中层波形为电机转速波形，下层波形为电机转矩波形。仿真结果验证了本文理论的有效性。
图3 三相电流、转速、转矩波形
5结束语
本文主要研究基于转子磁场定向控制的交流感应电机的弱磁调速算法以及系统实现。以交流感应电机的数学模型为基础，讨论了转子磁场定向及弱磁控制算法；根据弱磁区的稳态方程以及弱磁区电压电流的限制条件，把弱磁区划分为三个部分，即恒转矩区、恒功率区、恒电压区，最后在现有的实验条件基础上，使用Matlab软件搭建仿真模型，仿真结果证明了本文理论的有效性。
参考文献
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论文作者:常雪枫
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/19
标签：电机论文; 磁场论文; 磁区论文; 转子论文; 矢量论文; 波形论文; 转矩论文; 《防护工程》2018年第27期论文;