感应电机转速控制

利用Simulink开发和部署感应电机速度控制算法

电机控制Blockset 

设计和实现电机控制算法

感应电机调速是通过操纵感应电机内的电流来调节速度的过程。虽然通常用于固定频率的应用,但感应电机在变频应用中很受欢迎,如工业驱动和电动汽车。对于变频工作,一个逆变器调节电流到定子绕组。

感应电机的滑移和产生的转矩

传说:
黄色箭头-产生的扭矩
洋红色箭头-旋转定子磁场
蓝色箭头-转子转速

感应电动机的工作原理是定子和转子的磁场耦合。定子中的电流产生旋转磁场,旋转磁场在转子中诱发电流和滞后磁场。磁场相互作用使转子旋转的角速度小于定子磁场的转速。这种旋转滞后,称为滑移,在电机轴上提供扭矩。增加电机上的负载将增加滑移和电机转矩输出。

为鼠笼式感应电机,调速使用磁场定向控制我(FOC)调节d和我使通量与I成正比d力矩与I成正比.这种方法增加了速度范围,提高了动态和稳态性能。动态仿真模块®在硬件测试之前,您可以使用多速率模拟来设计、调优和验证FOC算法在电机的整个工作范围内。

该Simulink图演示了三相鼠笼式感应电动机速度控制的典型FOC算法。

感应电机速度控制的FOC算法。

感应电机速度控制的FOC算法。

感应电机控制策略的主要组成部分包括:

  • 内循环(比例积分或PI)
    • q轴电流控制:通过调节q轴电流来控制电机的转矩
    • d轴电流控制:对于弱磁场控制,调节电流以减少d轴磁通,并允许电机以转矩为代价旋转到其基线速度以上
  • 外循环(π):感应电机调速回路。与内环(电流控制)相比,该回路具有较慢的采样速率,并产生转矩设定点。对设定值进行处理以创建内环的d轴和q轴电流参考
  • Clarke, Park,和逆Park变换:静止和旋转同步帧之间的转换
  • 滑动速度估计:由于异步电机是异步的,所以通过估计定子和转子之间的频率滑移来计算同步速度和转子的位置
  • 空间矢量调制(SVM):产生调制脉冲,控制逆变器中的电力电子开关
  • 速度传感器:感应电机的速度可以用正交编码器或其他传感器.对于异步电机的无传感器控制,采用基于观测器的算法代替物理传感器,实时估计电机转速。

Simscape电气™而且电机控制Blockset™提供感应电动机而且磁场定向控制感应电机速度控制仿真模型开发实例。用Simulink模拟感应电机的速度控制可以帮助您减少原型测试,并让您验证控制算法的鲁棒性,以解决在硬件上测试不实用的故障情况。

使用Simscape电气和电机控制块集,电机控制工程师开发感应电机速度控制通过:

  • 建模感应电机,逆变器,速度和电流控制器
  • 使用控制设计技术自动调谐感应电机速度控制环增益
  • 设计用于估计转子位置和速度的观测器算法。
  • 模拟启动、关闭和错误模式,设计降额和保护逻辑,确保安全运行
  • 对电机和控制器进行闭环仿真,以测试系统在正常和异常运行场景下的性能
  • 从模型中生成ANSI、ISO或处理器优化的C代码和HDL,用于快速原型、硬件在环测试和生产实现
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