3 電流注入型感應(yīng)電機(jī)矢量控制方案

　　3.1 電流注入型感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)

　　電流注入型矢量控制方案適用于中小功率、高開(kāi)關(guān)頻率的矢量控制系統(tǒng)。此時(shí)控制系統(tǒng)的定子參考電壓完全可以由定子電流控制器提供，而無(wú)需考慮電機(jī)的定子電壓方程。逆變器開(kāi)關(guān)頻率較高，而且電流控制器魯棒性足夠強(qiáng)，控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)快速的定子電流控制，其實(shí)現(xiàn)方案如圖3 所示。同時(shí)，這種控制技術(shù)采用空間矢量PWM 技術(shù)輸出參考電壓，所以它能獲得很好的電流頻譜。

　　圖3 間接轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向電流注入型感應(yīng)電機(jī)矢量控制方案

　　由于電機(jī)是星形接法，無(wú)零序電流分量，所以該控制系統(tǒng)只需要測(cè)量電機(jī)的兩相電流，第三相電流可以通過(guò)方程iCs=-iAs-iBs 求出。此外，控制系統(tǒng)還需要測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制和計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈位置角。控制系統(tǒng)總共包含轉(zhuǎn)速控制器、勵(lì)磁電流控制器和轉(zhuǎn)矩電流控制器等三個(gè)控制器，通常情況下，這三個(gè)控制器可以是PID 控制器。

　　轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向坐標(biāo)系下的磁通模型如下式所示，可以看出，電機(jī)的勵(lì)磁電流分量imr 只與定子電流d 軸分量ids 有關(guān)，而不受定子電流q 軸分量iqs 的影響，說(shuō)明在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向坐標(biāo)系下，感應(yīng)電機(jī)的勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量是完全解耦的。

　　3.2 間接轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向電流注入型感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)仿真

　　利用MATLAB/SIMULINK 對(duì)本文提出的SVPWM 實(shí)現(xiàn)方案及間接轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向電流注入型矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真時(shí)異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：額定功率Pe=4kW，額定電壓Ue=380V，極對(duì)數(shù)np=3，額定轉(zhuǎn)速ne=960r/min ，定子電阻Rs=3.21.，轉(zhuǎn)子電阻Rr=3.5219.，定子自感Ls=649.4mH ，轉(zhuǎn)子自感 Lr=“649”.4mH ，定轉(zhuǎn)子互感 Lm=“622”.2mH， 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=“0”.12kgm2 。系統(tǒng)仿真模型參照?qǐng)D3 而建立。該模型中包含有三個(gè)電流控制器、一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電機(jī)變量測(cè)量模塊、磁通模型、坐標(biāo)變換模塊和功率變換器模塊（SVPWM 產(chǎn)生和逆變器模塊封裝在一起）等等。

　　系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖4 所示。圖4（a）所示是系統(tǒng)在額定負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)速階躍響應(yīng)波形。在t=1s 時(shí)刻前，系統(tǒng)處于靜止勵(lì)磁階段，以建立額定轉(zhuǎn)子磁通，如圖4（b）所示。T=1s 時(shí)刻，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速給定由0 階躍為80 rad/s ，該矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器迅速飽和，電機(jī)轉(zhuǎn)速在最大轉(zhuǎn)矩作用下以恒定加速度接近給定值，并在0.5s 內(nèi)到達(dá)穩(wěn)態(tài)，而且基本上沒(méi)有穩(wěn)態(tài)誤差和超調(diào)。圖4（c）所示為控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩電流分量。圖4（d）為定子電流A 相的電流波形。從仿真結(jié)果可以看出，該矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速階躍響應(yīng)既沒(méi)有超調(diào)，也沒(méi)有穩(wěn)態(tài)誤差，而且在整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流分量基本保持不變，說(shuō)明在負(fù)載擾動(dòng)過(guò)程中矢量控制系統(tǒng)都能保持電機(jī)勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量的解耦控制，并具有良好的快速性。

　　圖4 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　本文采用基于SVPWM 的控制技術(shù)，應(yīng)用MATLAB/SIMULINK 仿真軟件，建立了感應(yīng)電機(jī)SVPWM 控制系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)具有很好的魯棒性和快速性，這種控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流分量和產(chǎn)生磁通的電流分量之間的解耦控制，使感應(yīng)電機(jī)獲得與他勵(lì)直流電機(jī)一致的瞬態(tài)響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載擾動(dòng)和參考值變化的快速響應(yīng)。本文建立的模型為進(jìn)一步研究變頻調(diào)速系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)模型，其使用的靈活性，操作的簡(jiǎn)單性以及仿真的準(zhǔn)確性為進(jìn)行感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的DSP 數(shù)字化設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：提出了一種基于MATLAB/SIMULINK 空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，建立了間接轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向電流注入型矢量控制系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果表明不但模型是正確的，而且系統(tǒng)具有良好的魯棒性和快速性，為下一步該系統(tǒng)的DSP 數(shù)字化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。