摘 要

论文主要研究了感应电动机的带速重投问题。感应电动机运行时由于瞬时停电后又来电,对电动机运行带来不利影响，这便产生了带速重投问题。轨道机车由于过分相也会出现感应电机的带速重投问题，故本文针对轨道机车的传动系统，选取无速度传感器直接转矩控制作为感应电机的控制系统，重点研究重投时刻的转速估计问题，因为转速的精确估计是保证电机励磁成功从而重投成功的前提。

本文从异步电机的数学模型入手，利用空间矢量的概念分析异步电机的控制策略，在此基础上分析直接转矩控制的异步电机带速重投策略。利用了感应电动机的数学模型、DTC控制原理以及转速识别算法等方法，并使用了仿真软件Matlab/Simulink中的电气系统模块，通过模块化思想构建了无速度传感器的感应电动机DTC控制系统仿真模型。

关键词：感应电动机；直接转矩控制；速度辨识MRAS；带速重投；Matlab

Abstract

This Paper mainly studies the induction motor’s re input with speed problem. Due to instant power outages and then restore power supply,it will bring to adverse effect to the induction motor . Rail locomotives due to excess a section without electricity will also appear in the induction motor's speed problems. Therefore, this paper for rail locomotive transmission system, select the speed sensorless direct torque control for induction motor control system, focuses on the speed estimation problem, because the speed of accurate estimation is to ensure the success of electrical excitation.
Starting from the mathematical model of asynchronous motor, using the concept of space vector control strategy of induction motor, on the basis of the analysis of direct torque control of induction motor. Based on the analysis of the mathematical model of asynchronous motor, DTC control principle and MRAS speed identification method,using Matlab / Simulink in the electrical system module, to build a speed sensorless induction motor DTC control system simulation model by using the idea of modularization.

Key Words： induction motor；direct torque control；MRAS；re input with speed；MATLAB

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究历史与现状 1

1.2.1异步电机控制系统研究 1

1.2.2带速重投控制研究现状 3

1.3 论文研究内容 3

第2章 异步电机控制策略 4

2.1 空间矢量的概念 4

2.2 异步电动机数学模型 4

2.3 逆变器数学模型和电压空间矢量 6

2.4 电压空间矢量对定子磁链的影响 7

2.5 电压空间矢量对电磁转矩的影响 8

2.6 异步电机直接转矩控制系统的基本结构 8

第3章 带速重投控制策略研究 9

3.1 异步电机速度辨识方案 10

3.1.1 模型参考自适应转速辨识法MRAS 10

3.1.2 重投时刻初始速度优化自搜索 10

第4章 无速度传感器直接转矩控制系统仿真研究 11

4.1 仿真模型的建立 12

4.1.1 转速控制器 12

4.1.2 直接转矩DTC模块 12

4.1.3 转矩和磁链滞环控制器 13

4.1.4 转矩和磁链估计模块 14

4.2 仿真结果及其分析 14

总结与心得 16

参考文献 18

致谢 19

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

感应电动机，由电气工程师尼古拉·特斯拉于1887年发明。感应电动机也叫作“异步电动机”，它的转子置于旋转的磁场中，并在这个旋转磁场的作用下，产生转动力矩，使得转子转动，电磁转矩由气隙旋转磁场和转子绕组的感应电流相互作用而产生，进而实现把电能转化为机械能的目的。转子顾名思义，是可以转动的导体，一般来说形如鼠笼状。异步电机的转子绕组无需与连接其他电源，交流电力系统为其提供定子电流，相比于其他电机，异步电动机的结构简单，制造、使用和维护很方便，运行稳定性高，重量较轻，成本低，因此异步电动机成为了各类电动机中应用最广、需求量最大的一种，各国主要的电力机械中，绝大多数都为异步电动机。尤其在铁路轨道交通领域，异步电机成为了机车交流辅助传动系统中的首选驱动电动机。

鼠笼感应电动机运行时由于瞬时停电后又来电,对电动机运行带来不利影响，这便产生了带速重投问题，例如在轨道交通领域，电力机车在运行过程中，由于铁路上的受电网并不是由一个供电所提供的，一般是一个供电所负责一定的区域，两个供电所之间电流的相位是不一定相同的，所以在连接两个供电所电网之间是一段没有电的“电网”，这一段“电网”叫分相。把机车通过这一段称之为过分相，过分相时，逆变器会封锁，过分相之后恢复常态，需要重新投运，重投时刻感应电机还在高速运行，即在感应电机有初速度的状态下进行重投，如果采用不合适的重头策略就会造成过大的冲击电流和转矩。现代铁路要求过分相的时间要尽量小为好，日本的是最小的，大约只有0.03秒。带速重投的问题如果可以顺利解决，将大大提高机车交流辅助传动系统运行的可靠性,进一步保证整车运行的安全。因此带速重投问题成为了国内外的重要研究课题。

1.2 国内外研究历史与现状

1.2.1异步电机控制系统研究