基于matlab的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于matlab的電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本文主要是介紹三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的類型、原理、以及各種調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并集中介紹了調(diào)速類型中的三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速方法以及其工作原理；通過對(duì)調(diào)壓調(diào)速原理的分析及計(jì)算，運(yùn)用matlab軟件建立調(diào)壓調(diào)速模型，通過其仿真模塊，對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，輸出相關(guān)的仿真結(jié)果。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，研究模型的可靠性以及其準(zhǔn)確性，并不斷對(duì)模型修正，以使其能夠更準(zhǔn)確地反映真實(shí)情況和對(duì)實(shí)際模型的建立起到一定的輔助作用。另外，通過此次相關(guān)的設(shè)計(jì)，更加深入地了解matlab軟件及其仿真模塊在實(shí)際研究應(yīng)用中起到的重要作用。目錄1緒論 πQUOTE〔具體的值取為9.55〕，得到的信號(hào)單位為:轉(zhuǎn)/分鐘；給定值模塊可以用一個(gè)階躍信號(hào)來模擬實(shí)際的給定電壓，這用與該電壓相對(duì)應(yīng)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速取代，本文中電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速值作為給定值；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器〔ASR〕采用PI控制模塊，由于沒有專門的PI控制模塊，通過設(shè)置PIDController的選項(xiàng)選擇PI控制，其中QUOTEKp、Ki的值可以任意設(shè)置。QUOTEKp、Ki的具體值對(duì)于每種搭建的模型參數(shù)的值是不同的，并且要不斷的根據(jù)具體的調(diào)試進(jìn)行更改，直到輸出的波形符合要求便可。4.4帶轉(zhuǎn)速負(fù)反響的三相交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的連接圖圖4-8系統(tǒng)連接圖4.5仿真結(jié)果與分析1)電機(jī)的人為機(jī)械特性仿真本論文中的電機(jī)模塊的各項(xiàng)參數(shù)為：定子電阻0.2147Ω，電感0.000991H；轉(zhuǎn)子電阻為0.2205Ω，電感0.000991H；互感0.06419H；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.102；摩擦系數(shù)0.009541；極對(duì)數(shù)2。根據(jù)式3-1，編寫m程序〔見附錄一〕，仿真結(jié)果如下:圖4-9人為機(jī)械特性有圖可知，改變電動(dòng)機(jī)定子端的線電壓，對(duì)于相同的恒定的轉(zhuǎn)矩，電機(jī)輸出端的轉(zhuǎn)速時(shí)不同的，只是轉(zhuǎn)速大小不同。定子電壓越小，轉(zhuǎn)速越小。2)電機(jī)的空載啟動(dòng)電機(jī)的空載啟動(dòng)仿真結(jié)果圖如下圖4-10電機(jī)空載啟動(dòng)由圖中可知，電機(jī)由啟動(dòng)至轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的時(shí)間約為0.15s，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大時(shí)約為1000N·m，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快速的啟動(dòng)。穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，比其額定轉(zhuǎn)速要大，原因?yàn)殡姍C(jī)的額定轉(zhuǎn)速是在定子端為額定電壓，負(fù)載為額定負(fù)載的情況下的轉(zhuǎn)速。當(dāng)空載時(shí)，電機(jī)只需克服自身的機(jī)械摩擦力，因此轉(zhuǎn)速會(huì)比相應(yīng)的額定轉(zhuǎn)速下要高。3)電機(jī)帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載時(shí)調(diào)速風(fēng)機(jī)類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的平方成正比，假設(shè)其轉(zhuǎn)速方程為T=kn2，k設(shè)定為0.0003826。將具有此類方程的負(fù)載作為電機(jī)的負(fù)載，并調(diào)節(jié)電機(jī)定子端的電壓，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化。仿真圖如下：圖4-11風(fēng)機(jī)負(fù)載下定子電壓為394V時(shí)仿真曲線圖4-12風(fēng)機(jī)負(fù)載下定子端電壓186V時(shí)仿真曲線圖4-13風(fēng)機(jī)負(fù)載下定子端電壓為148V時(shí)仿真曲線由圖4-11至4-13的仿真曲線來看，隨著定子端的電壓從額定電壓不斷的降低，風(fēng)機(jī)類負(fù)載穩(wěn)定時(shí)的轉(zhuǎn)速也在不斷的降低，由最初的額定電壓下的1167轉(zhuǎn)/分降至521轉(zhuǎn)/分。當(dāng)電壓繼續(xù)降低，轉(zhuǎn)速由一種穩(wěn)定值到另一種穩(wěn)定值所需的時(shí)間也逐漸加大。在此過程中，定轉(zhuǎn)子的電流的會(huì)有明顯的提升，電機(jī)的發(fā)熱會(huì)相當(dāng)?shù)拿黠@，這對(duì)于工作中的電機(jī)是十分不利的。因此，控制風(fēng)機(jī)類負(fù)載的轉(zhuǎn)速在1167轉(zhuǎn)/分到521轉(zhuǎn)/分是最正確的，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)比為55%，調(diào)節(jié)范圍較好。4)電機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)調(diào)速當(dāng)電機(jī)帶額定負(fù)載〔98N·m〕時(shí)，調(diào)節(jié)定子兩端電壓的值，電機(jī)的轉(zhuǎn)速曲線如下所示：圖4-14恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下定子端電壓為394V時(shí)的仿真曲線圖4-15恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下定子端電壓為224V時(shí)仿真曲線圖4-16恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下定子端電壓為205V時(shí)仿真曲線圖4-14至4-16說明，當(dāng)此類電機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的情況下也可以進(jìn)行調(diào)壓，且經(jīng)過短暫的震蕩過程，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以到達(dá)穩(wěn)定。當(dāng)定子端電壓由394V調(diào)至224V時(shí)，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速分別由1464轉(zhuǎn)/分降至1366轉(zhuǎn)。繼續(xù)降低定子端電壓時(shí)〔如圖4-16〕，電機(jī)震蕩時(shí)間過長(zhǎng)，不能夠很快到達(dá)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。因此，電機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍在1464轉(zhuǎn)/分到1366轉(zhuǎn)/分，調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)比為6.7%，調(diào)節(jié)的效果不明顯。以上兩種情況說明，低轉(zhuǎn)差率的電機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載較好，機(jī)械特性較硬，但調(diào)速效果不好；帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載時(shí)，電機(jī)有較好的調(diào)速性能，且能夠從一種轉(zhuǎn)速快速切換到另一種轉(zhuǎn)速。為了提高帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)差率可以給使用電阻率較高的鼠籠型轉(zhuǎn)子或者給繞線式轉(zhuǎn)子串接電阻。如下列圖，圖4-17高電阻鼠籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)的人為機(jī)械特性曲線5)帶轉(zhuǎn)速負(fù)反響的高轉(zhuǎn)差率電機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速高轉(zhuǎn)差率的電機(jī)的缺點(diǎn)就是當(dāng)負(fù)載稍有變動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速就會(huì)有很大的變化，抗干擾能力不強(qiáng)。因此需要采取加負(fù)反響環(huán)節(jié)來提高其機(jī)械特性強(qiáng)度。帶轉(zhuǎn)速負(fù)反響的電機(jī)調(diào)速仿真如下：圖4-18定子端電壓為224V時(shí)仿真曲線當(dāng)電壓為額定電壓時(shí)，其轉(zhuǎn)速為1419轉(zhuǎn)/分，電壓降低為224V時(shí)，轉(zhuǎn)速降為1100轉(zhuǎn)/分，降速范圍是319轉(zhuǎn)，調(diào)速比約為21%。5結(jié)論由上面的仿真分析可知，選擇調(diào)速電機(jī)應(yīng)該根據(jù)負(fù)載的性質(zhì)來確定。對(duì)于一般的對(duì)調(diào)速要求不高的生產(chǎn)來說，選則一般的低電阻鼠籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)就可滿足要求；如果要求轉(zhuǎn)速范圍較高，希望調(diào)速范圍區(qū)間較大，應(yīng)該選擇轉(zhuǎn)子電阻較高的鼠籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)或者在繞線式轉(zhuǎn)子串接電阻來提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍，且調(diào)速方式應(yīng)該采用轉(zhuǎn)速負(fù)反響調(diào)速系統(tǒng)；如果是風(fēng)機(jī)類負(fù)載，則一般的鼠籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)選擇開環(huán)即可就可滿足。三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的模型建立與仿真是基于論文知識(shí)的根底上，利用matlab計(jì)算機(jī)軟件真實(shí)方便快捷的功能，快速地對(duì)所建立的調(diào)壓調(diào)速的模型進(jìn)行仿真，繪出仿真結(jié)果圖。然后對(duì)仿真結(jié)果圖進(jìn)行理論的分析，考察模型的仿真性能。此次三相交流調(diào)壓電路的模型設(shè)計(jì)及仿真論文的寫作充分利用了大學(xué)期間所學(xué)課程的知識(shí)，將所學(xué)的理論用于實(shí)踐，考察了將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的能力，同時(shí)還考驗(yàn)了個(gè)人利用綜合知識(shí)進(jìn)行分析、計(jì)算與設(shè)計(jì)的能力。將