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1、基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 电气工程及其自动化专业方向课程设计 一、 设计任务 1、了解并熟识双闭环三相异步电机调压调速原理及组成。 2、学近平 SIMULINK，熟识相关的模块功能。 3、进一步理解沟通调压系统中电流环和转速环的作用。 二、 设计要求 1、利用SIMULINK建立闭环调速系统仿真模型。 2、调试完成调压模块仿真、开环系统仿真、闭环系统仿真。 三、 试验设备 1、计算机一台 2、MATLAB仿真软件 四、 试验原理 调压调速即通过调整通入异步电动机的三相沟通电压大小来调整转子转速的方法。理论依据来自异步电动机的
2、机械特性方程式： 其中，p为电机的极对数； w1为定子电源角速度； U1为定子电源相电压； R2为折算到定子侧的每相转子电阻； R1为每相定子电阻； L11为每相定子漏感； L12为折算到定子侧的每相转子漏感； S为转差率。 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 图1 异步电动机在不同电压的机械特性 由电机原理可知，当转差率s基本保持不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比。因此，转变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调整电动机转速的目的。 1、调压电路 转变加在定子上的电压是通过沟通调压器实现的。目前广泛采纳的沟通调压器由晶闸管等器件组成。它是将三个双向晶闸管分别
3、接到三相沟通电源与三相定子绕组之间通过调整晶闸管导通角的大小来调整加到定子绕组两端的端电压。这里采纳三相全波星型联接的调压电路。 图2 调压电路原理图 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 2、开环调压调速 开环系统的主电路由触发电路、调压电路、电机组成。原理图如下： 图3 开环调压系统原理图 AT为触发装置，用于调整掌握角的大小来掌握晶闸管的导通角，掌握晶闸管输出电压来调整加在定子绕组上的电压大小。 3、闭环调压调速 速度负反馈闭环调压调速系统的工作原理：将速度给定值与速度反馈值进行比较，比较后经速度调整器得到掌握电压，再将此掌握电压输入到触发装置，由触发装置输出来掌握晶闸管的导通
4、角，以掌握晶闸管输出电压的凹凸，从而调整了加在定子绕组上的电压的大小。因此，转变了速度给定值就转变了电动机的转速。由于采纳了速度负反馈从而实现了平稳、平滑的无级调速。同时当负载发生改变时，通过速度负反馈，能自动调整加在电动机定子绕组上的电压大小。由速度调整器输出的掌握电压使晶闸管触发脉冲前移，使调压器的输出电 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 压提高，导致电动机的输出转矩增大，从而使速度回升，接近给定值。 图5-9 调压调速系统静态结构框图图4 闭环调速结构图 图5 闭环调速系统原理图 五、 仿真内容 1、调压电路 1）、调压电器的仿真模型 基于MATLAB三相异步电动机调压调速
5、系统设计 2）、调压电路的搭建 图6 （a）利用单个晶闸管元器件搭建的三相沟通调压器的仿真模型 (b)图的封装模型 图7 调压电路模型 3）、参数的设定 Frequency of synchronization voltages(hz)：同步电压频率（赫兹）50Hz Pulse width(degrees)：触发脉冲宽度（角度）10 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 Double pulsing：双脉冲动身选择。 RLC负载的参数设定：电阻100，电感0H，电容的值为inf UA：峰值220v,f为50Hz,初相位为0 UB：峰值220v,f为50Hz,初相位为-120 UC：峰
6、值220v,f为50Hz,初相位为-240 4)电阻负载的仿真图形 a) 触发角为45 b)触发角为60 图8 三相沟通调压器的输出电压波形 在电阻负载时三相沟通调压器的输出电压仿真结果如图8所示。其中图8a为=45时调压器输出的波形，图8b所示为=60时调压器输出的波形。通过比较a)和b)可以发觉，随着触发角的增加，同时有三个晶闸管导通的区间逐步减小，到=60时，任何晶闸管都只有两相晶闸管导通。 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 2、异步电动机带风机泵类负载开环调压调速模块 1）参数设定 由公式Tz=kn 可推出k=Tz/n 电机参数额电压220v 频率为60Hz 极对数为2对
7、 容量为2238VA 同步转速为1800转/分钟 可以计算k=0.000003665 UA：峰值180v,f为60Hz,初相位为0 UB：峰值180v,f为60Hz,初相位为-120 UC：峰值180v,f为60Hz,初相位为-240 图9 开环系统仿真模型 1）触发角为60时得到的转速 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 图10 =60时 电机转速改变的过程 由图中可以观看到当触发角为60时，转速稳定在1712转/分钟，转速在0.9s时达到稳定状态。 2）触发角为75时得到的转速 图11 =75时 电机转速改变的过程 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 由图中可以观看
8、到当触发角为75时，转速稳定在1660转/分钟，转速在1.6s时达到稳定状态。 分析： 通过比较图10和图11的触发角为60和80时可以发觉：随着的增大，使得输出电压降低，使转速下降，从而达到调速的目的。 3）转变电源电压，电源电压为150v, 触发角为60时得到的转 速 图12 电源电压为150v =60时 电机转速改变的过程 由图中可以观看到当触发角为60时，转速稳定在1660转/分钟，转速在1s时达到稳定状态。 分析： 通过比较图11和图13可以发觉，在相同的触发角不同的电 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 源电压下，电源电压的降低会使转速下降。同时也可以得到通过转变电源电
9、压的大小来实现调速的可行性。 3、闭环调压 图13 闭环调压调速系统仿真模型 异步电动机速度负反馈闭环调压调速系统的仿真模型如下所示，将速度给定值（1200）与速度反馈值进行比较，比较后经速度调整器得到掌握电压，再将此掌握电压输入到触发装置，由触发装置输出来掌握晶闸管的导通角，以掌握晶闸管输出电压的凹凸，从而调整了加在定子绕组上电压的大小。因此，转变速度给定值就转变了电机的转速。由于采纳了速度负反馈从而实现了平稳平滑的无级调速。同时负载发生改变时，通过速度负反馈，能制动调整加在定子绕组上的电压的大小，由速度调整器输出的掌握电压使晶闸管触发脉冲迁移，是调压器的输出电压提高，导致电动机的输出转矩增
10、大，从而使速度回升，接近给定值。 PI设置：比例环4， 环0.1，输出限幅60，-60。 掌握角调整范围0120. 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 图14 闭环转速特性 图14是电压为180v，转速给定为1420，从图中可以可以发觉转速给定为1420，转速在0.5s时达到稳定状态，转速维持在1420，从中可以得出转速跟随给定改变。 以下是给定1350在1.4S时给60阶跃的转速、掌握角、负载转矩。 图14 转速 从图15可以发觉转速在0.45s时达到稳定，在0.45s到1.4s时转速 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 稳定在1350转/分钟，到1.4s时给了一个终
11、值为60的阶跃，可以发觉转速跟随给定改变 图15 掌握角 从图16可以直观的看到掌握角在随着给定的改变而改变，从而实现调速。 图17 转矩 基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计 开头时，转速为0，负载转矩为0，反馈因输出限幅为-60，经60偏置使得输入掌握角为0，定子绕组电压为电源电压。随着转速的上升，负载转矩增大，反馈在肯定范围内照旧为0.经0.6秒后转速稳定在1350，负载转矩、掌握角也保持稳定。再过0.8秒，给定增加60，经反馈，减小掌握角，增大电压提高转速，负载转矩随之增大，在1.6秒内保持稳定。 六、 总结体会 为期两周的专业方向综合性设计试验最终告一段落了，在为期两周的课程设计中，我学到许多东西，有些表面上看起来比较简洁的东西，实际做起来的就不像那么简洁了，要考虑诸多参数的配合。对于整个系统，由于课题要求是调压调速，所以首先从调压器开头设计，用法利用单个晶闸管元器件搭建的三相沟通调压器的仿真模型，再将该模块进行封装。先观看带电阻负载时，调压器输出的波形，通过修改参数最终使得调压器输出的波形与理论相同。接着，异步电动机带风机泵类负载开环调压调速。然后，确定调速系统采纳闭环掌握，整个系统可以实现转速负反馈调整，使系统的性能大大提高。通过此次设计让我对matlab的simulink模块有了更深的了解，对调压调速的特性也有了更深层次的认识。 七、