基于MATLAB三相異步電動機調壓調速系統設計1

1、基于matlab三相異步電動機調壓調速系統設計作者： 班級：自動化123學 指導教師：劉艷完成日期：2015-6-16自動化專業(yè)運動控制課程設計一、 設計任務1、了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電機調壓調速原理及組成。2、學習 simulink，熟悉相關的模塊功能。3、進一步理解交流調壓系統中電流環(huán)和轉速環(huán)的作用。二、 設計要求1、利用simulink建立閉環(huán)調速系統仿真模型。2、調試完成調壓模塊仿真、開環(huán)系統仿真、閉環(huán)系統仿真。三、 實驗設備1、計算機一臺2、matlab仿真軟件四、 實驗原理 調壓調速即通過調節(jié)通入異步電動機的三相交流電壓大小來調節(jié)轉子轉速的方法。理論依據來自異步電動機的機械特性方

2、程式：其中，p為電機的極對數； w1為定子電源角速度； u1為定子電源相電壓；r2為折算到定子側的每相轉子電阻；r1為每相定子電阻；l11為每相定子漏感；l12為折算到定子側的每相轉子漏感；s為轉差率。圖1 異步電動機在不同電壓的機械特性由電機原理可知，當轉差率s基本保持不變時，電動機的電磁轉矩與定子電壓的平方成正比。因此，改變定子電壓就可以得到不同的人為機械特性，從而達到調節(jié)電動機轉速的目的。1、調壓電路 改變加在定子上的電壓是通過交流調壓器實現的。目前廣泛采用的交流調壓器由晶閘管等器件組成。它是將三個雙向晶閘管分別接到三相交流電源與三相定子繞組之間通過調整晶閘管導通角的大小來調節(jié)加到定子繞

3、組兩端的端電壓。這里采用三相全波星型聯接的調壓電路。t1uaubuct2t3t5t4t6rrrn圖2 調壓電路原理圖2、開環(huán)調壓調速開環(huán)系統的主電路由觸發(fā)電路、調壓電路、電機組成。原理圖如下：圖3 開環(huán)調壓系統原理圖at為觸發(fā)裝置，用于調節(jié)控制角的大小來控制晶閘管的導通角，控制晶閘管輸出電壓來調節(jié)加在定子繞組上的電壓大小。3、閉環(huán)調壓調速速度負反饋閉環(huán)調壓調速系統的工作原理：將速度給定值與速度反饋值進行比較，比較后經速度調節(jié)器得到控制電壓，再將此控制電壓輸入到觸發(fā)裝置，由觸發(fā)裝置輸出來控制晶閘管的導通角，以控制晶閘管輸出電壓的高低，從而調節(jié)了加在定子繞組上的電壓的大小。因此，改變了速度給定值就

4、改變了電動機的轉速。由于采用了速度負反饋從而實現了平穩(wěn)、平滑的無級調速。同時當負載發(fā)生變化時，通過速度負反饋，能自動調整加在電動機定子繞組上的電壓大小。由速度調節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖前移，使調壓器的輸出電壓提高，導致電動機的輸出轉矩增大，從而使速度回升，接近給定值。圖4 閉環(huán)調速結構圖 圖5 閉環(huán)調速系統原理圖五、 仿真內容1、調壓電路1）、調壓電器的仿真模型 圖6 （a）利用單個晶閘管元器件搭建的三相交流調壓器的仿真模型 (b)圖的封裝模型2）、調壓電路的搭建圖7 調壓電路模型3）、參數的設定frequency of synchronization voltages(hz)：同步

5、電壓頻率（赫茲）50hzpulse width(degrees)：觸發(fā)脈沖寬度（角度）10double pulsing：雙脈沖出發(fā)選擇。rlc負載的參數設定：電阻100，電感0h，電容的值為infua：峰值220v,f為50hz,初相位為0ub：峰值220v,f為50hz,初相位為-120uc：峰值220v,f為50hz,初相位為-2404)電阻負載的仿真圖形 a) 觸發(fā)角為45 b)觸發(fā)角為60圖8 三相交流調壓器的輸出電壓波形在電阻負載時三相交流調壓器的輸出電壓仿真結果如圖8所示。其中圖8a為=45時調壓器輸出的波形，圖8b所示為=60時調壓器輸出的波形。通過比較a)和b)可以發(fā)現，隨著觸

6、發(fā)角的增加，同時有三個晶閘管導通的區(qū)間逐步減小，到=60時，任何晶閘管都只有兩相晶閘管導通。2、異步電動機帶風機泵類負載開環(huán)調壓調速模塊1）參數設定由公式tz=kn 可推出k=tz/n 電機參數額電壓220v 頻率為60hz 極對數為2對容量為2238va 同步轉速為1800轉/分鐘可以計算k=0.000003665ua：峰值180v,f為60hz,初相位為0ub：峰值180v,f為60hz,初相位為-120uc：峰值180v,f為60hz,初相位為-240圖9 開環(huán)系統仿真模型1）觸發(fā)角為60時得到的轉速圖10 =60時 電機轉速變化的過程由圖中可以觀察到當觸發(fā)角為60時，轉速穩(wěn)定在1712

7、轉/分鐘，轉速在0.9s時達到穩(wěn)定狀態(tài)。2）觸發(fā)角為75時得到的轉速圖11 =75時 電機轉速變化的過程由圖中可以觀察到當觸發(fā)角為75時，轉速穩(wěn)定在1660轉/分鐘，轉速在1.6s時達到穩(wěn)定狀態(tài)。分析：通過比較圖10和圖11的觸發(fā)角為60和80時可以發(fā)現：隨著的增大，使得輸出電壓降低，使轉速下降，從而達到調速的目的。3）改變電源電壓，電源電壓為150v, 觸發(fā)角為60時得到的轉速圖12 電源電壓為150v =60時 電機轉速變化的過程由圖中可以觀察到當觸發(fā)角為60時，轉速穩(wěn)定在1660轉/分鐘，轉速在1s時達到穩(wěn)定狀態(tài)。分析：通過比較圖11和圖13可以發(fā)現，在相同的觸發(fā)角不同的電源電壓下，電源

8、電壓的降低會使轉速下降。同時也可以得到通過改變電源電壓的大小來實現調速的可行性。3、閉環(huán)調壓 圖13 閉環(huán)調壓調速系統仿真模型異步電動機速度負反饋閉環(huán)調壓調速系統的仿真模型如下所示，將速度給定值（1200）與速度反饋值進行比較，比較后經速度調節(jié)器得到控制電壓，再將此控制電壓輸入到觸發(fā)裝置，由觸發(fā)裝置輸出來控制晶閘管的導通角，以控制晶閘管輸出電壓的高低，從而調節(jié)了加在定子繞組上電壓的大小。因此，改變速度給定值就改變了電機的轉速。由于采用了速度負反饋從而實現了平穩(wěn)平滑的無級調速。同時負載發(fā)生變化時，通過速度負反饋，能制動調整加在定子繞組上的電壓的大小，由速度調節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖遷移

9、，是調壓器的輸出電壓提高，導致電動機的輸出轉矩增大，從而使速度回升，接近給定值。pi設置：比例環(huán)4， 環(huán)0.1，輸出限幅60，-60?？刂平钦{節(jié)范圍0120. 圖14 閉環(huán)轉速特性圖14是電壓為180v，轉速給定為1420，從圖中可以可以發(fā)現轉速給定為1420，轉速在0.5s時達到穩(wěn)定狀態(tài)，轉速維持在1420，從中可以得出轉速跟隨給定變化。以下是給定1350在1.4s時給60階躍的轉速、控制角、負載轉矩。 圖14 轉速從圖15可以發(fā)現轉速在0.45s時達到穩(wěn)定，在0.45s到1.4s時轉速穩(wěn)定在1350轉/分鐘，到1.4s時給了一個終值為60的階躍，可以發(fā)現轉速跟隨給定變化 圖15 控制角從圖16可以直觀的看到控制角在隨著給定的變化而變化，從而實現調速。 圖17 轉矩開始時，轉速為0，負載轉矩為0，反饋因輸出限幅為-60，經60偏置使得輸入控制角為0，定子繞組電壓為電源電壓。隨著轉速的上升，負載轉矩增大，反饋在一定范圍內依舊為0.經0.6秒后轉速穩(wěn)定在1350，負載轉矩、控制角也保持穩(wěn)定。再過0.8秒，給定增加60，經反饋，減小控制角，增大電壓提高轉速，負載轉矩隨之增大，在1.6秒內保