住宅电梯变频调速系统的研究_(3)

最有发展前途的电梯拖动方式[9][10]。

1.3 本文研究的主要内容

本文在全面了解当今电梯专用变频器发展现状的基础上，开发出一套住宅电梯变频调速系统。在原有VVVF系统的基础上实现速度闭环和电流闭环，重点解决提高电压利用率和电流震荡的问题。本文具体开展的工作有：

（1） 建立和讨论三相异步电机在三相坐标和两相坐标系下的数学模型； （2） 研究各种PWM技术，并详细讨论SVPWM的原理和具体实现方法； （3） 比较各种变频调速控制策略，对异步电动机的转差频率矢量控制进行具体研

究并采用Matlab进行仿真研究；

（4） 设计住宅电梯变频调速系统的功率电路和控制电路，并对系统实现可靠的保

护；

（5） 实际系统中采用电流反馈跟踪控制策略，基于这种策略进行软件的编写和调

试；

（6） 对样机进行实验研究，分析结果并提出相应的改进措施。

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2 异步电动机的数学模型及其变频调速策略

一般来说，针对异步电动机的变频传动系统是比较复杂的。要设计这样一个系统的控制方式，应该对该系统的静态和动态特性进行充分的研究，而建立一个适当的异步电机数学模型，是实现各种控制策略的理论基础。本章首先讨论异步电动机在三相坐标系和两相坐标系下的数学模型，然后对各种控制策略进行分析和比较。

2.1 在三相坐标系下的数学模型

异步电动机是一个高阶、非线性和强耦合的多变量系统。这是因为异步电动机在进行变频调速时，电压和频率之间必须进行协调控制，故输入变量有电压和频率；而在输出变量中，除转速以外，由于在调速过程中必须保持磁通为恒定，所以磁通也是一个控制量，而且是一个独立的输出量。再考虑异步电动机是三相的，所以异步电动而电压(电流)、频率、磁通、机的动态数学模型是一个多输入、多输出(多变量)的系统；转速之间又相互影响，所以它是一个强耦合的多变量系统。其次，异步电动机的电磁转矩是磁通和电流相互作用产生的，旋转感应电动势是转速和磁通相互作用产生的，因此，在数学模型中会含有两个变量的乘积项，再考虑磁饱和的因素，所以异步电动机的数学模型是一个非线性的系统。最后，由于异步电动机定、转子三相绕组中的电流产生的磁通存在电磁惯性，转速的变化存在机械惯性等因素，所以异步电动机的数学模型是一个高阶系统。

为讨论方便，在不改变异步电机本质的前提下，作如下假设[13]：

（1）假设电机三相绕组对称，所产生的磁动势沿着气隙圆周按照正弦规律分布； （2）忽略磁饱和，绕组具有恒定的自感和互感，忽略铁损； （3）忽略温度和频率对电机参数的影响。

这样得到三相异步电机的物理模型如图2－1。由此可以写出由电压方程、磁链方程、转矩方程、运动方程组成的异步电机数学模型。

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