论文总字数：18230字

摘 要

异步电机具有稳定性好、结构简单、成本较低等优点，一直是现代工业社会的重要组成成分。随着社会、科技的不断发展，同时现代社会突出的环境问题，例如：全球气候变暖和资源短缺，这将节能减排这一理念植入到异步电机的运行要求当中。这需要更高要求的异步电机控制方法，对于异步电机控制的要求在近几十年间不断在提高，同时对异步电机控制的研究也成为当下研究热点。交流调速在近几十年间的发展十分迅猛，它从最开始的电压频率比控制,即保持电压和频率的比不变，到矢量控制，再到直接转矩控制，对交流电机的控制效果越来越优秀。但是这些控制系统都有一个前提：那就是精确的获取异步电机的转子磁链。换句话说，准确的得到异步电机转子磁链的数值是实现异步电机变频调速技术的关键前提，异步电机的磁链观测器是目前最常用的获取磁链的方法之一。

目前，在实际的科研当中,这两种磁链观测器用得最多：异步电机电压模型磁链观测器和电流模型磁链观测器，它们都利用了电机模型中最基础的物理量，如电压、电流，再根据从电机模型推导出的数学模型进行磁链观测。本文的主要研究内容为电压模型磁链观测器：首先，明白电机模型，根据电机模型建立定子磁链数学模型，最然后利用仿真软件完成电压模型磁链器的结构搭建以及在不同参数下的结果。最后分析得到的数据并分析异步电机电压模型磁链观测器适用的转速范围并了解改善其不适用与低速环境的解决办法。

关键词：变频调速 异步电机 电压模型磁链观测器

Analysis and design of flux observer for voltage model of asynchronous motor

Abstract

The characteristic like excellent stability, readable construction and low price are all the advantages of Asynchronous motor. Asynchronous motor has always been one of significant elements of modern industrial society. With the continuous development of society and technology, as well as the serious environment problems like Global warming and shortage of resources, which made energy conservation and emission reduction become a main idea of the run of motors. Running motors environmentally-friendly need a smarter control method, so the requirement to its control methods is stricter and stricter. Meanwhile, the study on asynchronous motor’s control strategy has become a topic that is discussed more and more. The control method of asynchronous motor developed very fast in the past few decades. It initially began at the voltage-frequency ratio control, which keeps the ratio between voltage and frequency, then it turns to vector control and direct torque control, the control effect of AC speed regulation is getting better and better. But these control systems are highly dependent on accurate estimation of rotor flux of the asynchronous motor. In other word, the key to achieve the variable frequency speed regulation of asynchronous motor is to obtain the accurate value of the rotor flux. The flux observer is the most common method to obtain the flux.

At present, these two flux observers are used with a high frequency in actual applications: voltage model flux observer and current model flux observer. These two methods take advantage of basic physical parameters in the motor model, such as voltage and current, and then observe the flux according to the mathematical model which is derived from the motor model. The main research content is the voltage model flux observer. First, understand the motor model , establish the mathematical model according to the motor model, and then use the simulation software to complete the structure of voltage model flux observer and the results under different parameters. Finally, the data obtained and the applicable speed range of the observer is analyzed, which can be used to analyze some methods to improve its effect under low-speed situation.

Keywords：AC speed regulation- Asynchronous motor- Voltage model flux observer

目录

摘 要 II

Abstract III

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究发展现状 2

1.3主要研究内容以及研究思路和方法 3

第二章 异步电机的数学模型及坐标变换 5

2.1 引言 5

2.2 异步电机三相原始模型 7

2.2.2 电压方程 10

2.2.3 转矩方程 11

2.2.4 运动方程 11

2.3 坐标变换 12

2.4静止两相坐标下的异步电机模型 12

2.4.1 磁链方程 15

2.4.2 电压方程 16

2.4.3 转矩方程 16

2.5旋转正交坐标系下的异步电机模型 17

2.5.1 磁链方程 17

2.5.2 电压方程 18

2.5.3 转矩方程 18

2.6 本章小结 19

第三章 电压模型磁链观测器的数学模型及实验仿真 20

3.1 引言 20

3.2 Mtalab/Simulink实验软件平台介绍 20

3.2.1 Simulink简介 20

3.3 电压模型磁链观测器数学模型 21

3.4 仿真结构及其参数设置 22

3.5 仿真结果及其分析 24

3.6 本章小结 26

第四章 总结与展望 27

参考文献 28

致谢 31

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

现代科学技术高速发展，每个行业的发展都日新月异，且行业的标准也在不断升高，每个行业都在向更好、更强发展。所以，将电能转换成为机械能这一极为重要并且广泛应用于工业生产、军事以及社会生活的各个方面的过程更是发展迅猛。通常，我们将把完成电能转换成机械能的这一过程称为电气传动系统，也是现代工业的核心，一般由交流电机、控制系统以及信息装置三个部分组成所谓的电气传动系统，在这当中，交流电机作为其主要设备以及核心部件，它的运行稳定性和运行的工作效率直接影响到整个电力传动系统的运行质量，从而直接影响到工业生产的效率与质量。

电机作为现代工业系统中的最重要元素之一，通常可以分成直流电机和交流电机。首先，在直流电机中，电刷和换向器的位置保证了励磁电流和电枢电流的解耦和，使得直流电机数学模型简单、调速性能出众^[1]。交流电机还可以区分为异步交流电机和同步交流电机，交流电机于1885年最早被发明出来，但在交流电机发明之后，没有找到理想的速度的调节方法，所以交流电机在当时的技术条件之下只能被用在恒定速度调节系统中。20世纪70年代之后，交流电机调速的关键技术和问题被国际上的专家学者所解决，进而交流电机迅猛发展起来。交流调速与直流调速相比，它的容量更大并且可以承受更大高的转速以及更高的电压。并且交流电机拥有更加简单的结构，同时在使用交流电机的过程中，经济性、可靠性都比直流电机更高，也可以更快更好的适应环境，在较为恶劣的环境下运行。从以上的这些方面可以看出交流调速会超越直流调速，更加广泛的应用在社会生活的方方面面。

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