異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真樣本

摘要國內(nèi)工業(yè)不斷發(fā)展。機(jī)械化對調(diào)速系統(tǒng)性能和精度規(guī)定越來越高。實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速有不少辦法。研究電機(jī)調(diào)速，找出符合實(shí)際調(diào)速辦法能最大限度節(jié)約能源，因此研究調(diào)壓調(diào)速就顯得很有必要。異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速控制系統(tǒng)是一種比較簡樸實(shí)用調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備良好運(yùn)營、控制及經(jīng)濟(jì)性能，顯示出巨大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

本設(shè)計(jì)分析了異步電機(jī)調(diào)速原理，簡介了MATLAB有關(guān)知識，并通過MATLAB軟件分別對異步電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)與速度反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。電機(jī)調(diào)速開環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)速范疇較小，采用速度作為負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)解決了這個(gè)問題。使調(diào)速性能得到改進(jìn)。本設(shè)計(jì)對這兩種系統(tǒng)分別進(jìn)行可分析。核心詞：異步電機(jī)；調(diào)壓調(diào)速；控制；仿真AbctractThecontinuousdevelopmentofChina'sindustry.Mechanizationofthespeedcontrolsystemperformanceandincreasingaccuracy.Therearemanywaystoachievemotorspeed.Ofmotorspeed，tofindrealisticmaximumspeedmethodcansaveenergy，soofpressureandspeedadjustmentbecomesnecessary.VoltageInductionMotorSpeedControlSystemisasimpleandpracticalspeedcontrolsystem，whichhasagoodrun，controlandeconomicperformance，showinggreatpotentialfordevelopment.Thedesignandanalysisoftheprincipleofinductionmotorspeed，introducedtheMATLAB-relatedknowledge，respectively，throughtheMATLABsoftware，open-loopinductionmotorspeedcontrolsystemwithclosedloopfeedbackcontrolsystemissimulated.Open-loopmotorspeedcontrolsystemforsmallspeedrange，usingspeedasanegativefeedbackloopcontrolsystemtosolvethisproblem.Toimprovespeedperformance.Thedesignofthesetwosystemscanbeanalyzedseparately.

Keywords：inductionmotor；pressureandspeedadjustment；control；simulation.目錄TOC\o"3-3"\h\z\t"2.1,2,2.1.1,3,ab,1"摘要 IAbctract II目錄 III前言 11MATLAB簡介 31.1MATLAB特點(diǎn) 31.2Simulink簡介 62三相異步電動機(jī) 72.1三相異步電動機(jī)構(gòu)造與基本工作原理 72.1.1定子某些 72.1.2轉(zhuǎn)子某些 72.1.3氣隙 72.1.4三相異步電動機(jī)基本工作原理 82.2轉(zhuǎn)差率 82.3異步電機(jī)三種運(yùn)營狀態(tài) 93設(shè)計(jì)方案選取及分析 103.1三相異步電動機(jī)調(diào)速辦法 103.2調(diào)壓調(diào)速 103.3調(diào)壓調(diào)速特性及其調(diào)速性能 113.3.1開環(huán)調(diào)壓調(diào)速特性 133.3.2閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速特性 144基于MATLAB軟件仿真 164.1異步電機(jī)開環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)仿真 164.2異步電機(jī)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)仿真 21結(jié)束語 24道謝 25參照文獻(xiàn) 26前言當(dāng)前社會工業(yè)化越來越體現(xiàn)著它強(qiáng)大。工業(yè)化運(yùn)營前提是能源有力支撐。調(diào)壓調(diào)速是一種非常簡樸實(shí)用調(diào)速辦法。本論文對異步電機(jī)開環(huán)控制調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及速度閉環(huán)控制調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)討論和仿真，并探討最經(jīng)濟(jì)實(shí)用調(diào)壓電路。找出最合理調(diào)速辦法，實(shí)現(xiàn)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)營，平滑調(diào)速，既能延長電機(jī)壽命，又可以有效節(jié)約能源。在現(xiàn)實(shí)社會具備相稱高研究價(jià)值。交流電動機(jī)創(chuàng)造是由美國創(chuàng)造家特斯拉完畢，最早交流電動機(jī)依照電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)，構(gòu)造比起直流電動機(jī)更為簡樸，同步也比起只能使用在電車上直流電動機(jī)用途更廣泛，它創(chuàng)造讓電動機(jī)真正進(jìn)入了家庭電器領(lǐng)域。交流電動機(jī)問世之后，同步電動機(jī)、串激電動機(jī)、交流換向器電動機(jī)等也逐漸被人們創(chuàng)造出來，并投入實(shí)際生產(chǎn)，為人們生活提供更多便利。電動機(jī)創(chuàng)造和應(yīng)用對人類來說具備極大意義，可以說它為人類生活帶來了翻天覆地變化。交流電動機(jī)，特別是鼠籠型異步電動機(jī)，構(gòu)造簡樸，成本低，維護(hù)以便，并且結(jié)實(shí)耐用，慣量小，運(yùn)營可靠，對環(huán)境規(guī)定不高，因而在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了極廣泛應(yīng)用。其突出長處是：電機(jī)制導(dǎo)致本低，構(gòu)造簡樸，維護(hù)容易，可以實(shí)現(xiàn)高壓大功率及高速驅(qū)動，適當(dāng)在惡劣條件下工作，并能獲得和直流電機(jī)控制系統(tǒng)相媲美或更好控制性能。因而，人們對交流電機(jī)研究也越來越進(jìn)一步。

但是交流電機(jī)是一種復(fù)雜、多變量、強(qiáng)耦合非線性系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)交流調(diào)速系統(tǒng)時(shí)完全用解析法是相稱復(fù)雜也是行不通。構(gòu)造實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究是普通采用辦法，但由實(shí)驗(yàn)來分析研究，耗時(shí)長、投資大，且不便于分析系統(tǒng)各種性能。因而，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)去研究交流調(diào)速系統(tǒng)是一種省時(shí)省力好辦法，計(jì)算機(jī)仿真作為研究交流電機(jī)一種重要手段，也越來越受到注重。。MATLAB是當(dāng)前最流行科學(xué)計(jì)算語言之一。它是以復(fù)數(shù)矩陣作為基本編程單元高檔程序設(shè)計(jì)語言，提供了矩陣運(yùn)算與操作，擁有強(qiáng)大繪圖功能。同步還是高度集成軟件系統(tǒng)，解決工程計(jì)算、圖形可視化、圖像解決、多媒體解決等問題。MATLAB語言在自動控制、航天工業(yè)、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程、語言解決方面均有涉及。MATLAB軟件是一種非常先進(jìn)軟件，具備強(qiáng)大仿真能力。仿真成果直觀。1MATLAB簡介1.1MATLAB特點(diǎn)MATLAB直觀、簡樸電氣系統(tǒng)SimPowerSystems(實(shí)體圖形化仿真模型)在MATLABSimulink里，提供了一種實(shí)體圖形化仿真模型，與數(shù)學(xué)模型相相應(yīng)。有文獻(xiàn)把“SimPowerSystems”譯成電力系統(tǒng)，筆者以為這有與強(qiáng)電領(lǐng)域電力系統(tǒng)相混淆之弊，故在此譯成電氣系統(tǒng)。實(shí)體圖形化模型庫中模塊就是實(shí)際工程里實(shí)物圖形符號，例如，代表電阻、電容、電感、電機(jī)、觸發(fā)器與晶閘管整流裝置、電壓表等事物特有圖形符號，將這些實(shí)際物體圖形符號連接就能成為一種電路、一種裝置或是一種系統(tǒng)，它不是真是物體，而是實(shí)際物體圖形化模型。這種實(shí)體圖形化模型仿真（有文獻(xiàn)稱為按系統(tǒng)原理圖進(jìn)行仿真）更具備使用價(jià)值與低成本等特點(diǎn)。編程效率高M(jìn)ATLAB語言提供了豐富庫函數(shù)（稱為M文獻(xiàn)），既有成用基本庫函數(shù)，又有種類齊全、功能豐富多樣專用工具箱Toolbox函數(shù)。函數(shù)雖然預(yù)先編制好子程序。在編制程序時(shí)，這些庫函數(shù)都可以被直接調(diào)用。這無疑會大大提高編程效率。MATLAB是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算高檔語言，容許用數(shù)學(xué)形式語言編寫程序，且比Basic、Fortran和C等語言更加接近咱們書寫計(jì)算公式思維方式，用Matlab編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。因而，Matlab語言也可通俗地稱為演算紙式科學(xué)算法語言由于它編寫簡樸，因此編程效率高，易學(xué)易懂。界面和諧，顧客使用以便一方面，Matlab具備和諧顧客界面與易學(xué)易用協(xié)助系統(tǒng)。顧客在命令窗口里通過help命令可以查詢某個(gè)函數(shù)功能及用法，命令格式極為簡樸（格式為help+命令或函數(shù)），這樣，對初學(xué)者也不會望而生畏。另一方面，Matlab語言是一種解釋執(zhí)行語言（在沒被專門工具編譯之前），它靈活、以便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)時(shí)間少。人們用任何一種語言編寫程序和調(diào)試程序普通都要通過四個(gè)環(huán)節(jié)：編輯、編譯、連接以及執(zhí)行和調(diào)試。各個(gè)環(huán)節(jié)之間是順序關(guān)系，編程過程就是在它們之間作瀑布型循環(huán)。Matlab語言與其他語言相比，較好地解決了上述問題，把編輯、編譯、連接和執(zhí)行融為一體。它能在同一畫面上進(jìn)行靈活操作迅速排除輸入程序中書寫錯誤、語法錯誤以至語意錯誤，從而加快了顧客編寫、修改和調(diào)試程序速度，可以說在編程和調(diào)試過程中它是一種比VB還要簡樸語言。再者，Matlab運(yùn)營時(shí)，如直接在命令行輸入Mailab語句（命令），涉及調(diào)用M文獻(xiàn)語句，每輸入一條語句，就及時(shí)對其進(jìn)行解決，完畢績譯、連接和運(yùn)營全過程。又如，將Matlab源程序編輯為M文獻(xiàn)，由于Mat1ab磁盤文獻(xiàn)也是M文獻(xiàn)，因此編輯后源文獻(xiàn)就可直接運(yùn)營，而不需進(jìn)行編譯和連接。在運(yùn)營M文獻(xiàn)時(shí)，如果有錯，計(jì)算機(jī)屏幕上會給出詳細(xì)出鍺信息，顧客經(jīng)修改后再執(zhí)行，直到對的為止。因此可以說，Mat1ab語言不但是一種語言，廣義上講是一種該語言開發(fā)系統(tǒng)，即語言調(diào)試系統(tǒng)。擴(kuò)充能力強(qiáng)Matlab系統(tǒng)不但為顧客提供了可直接調(diào)用豐富庫函數(shù)，在進(jìn)行復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)可以直接調(diào)用，并且顧客還可以依照需要，自行建立或擴(kuò)充完畢指定功能M文獻(xiàn)。因此顧客文獻(xiàn)也可作為Matlab庫函數(shù)來調(diào)用。因而，顧客可以依照自己需要以便地建立和擴(kuò)充新庫函數(shù)，以便提高M(jìn)atlab使用效率和擴(kuò)充它功能。此外，為了充分運(yùn)用Fortran、C等語言資源，涉及顧客已編好Fortran，C語言程序，通過建立Me調(diào)文獻(xiàn)形式，混合編程，以便地調(diào)用關(guān)于Fortran，C語言子程序。語句簡樸，內(nèi)涵豐富Mat1ab語言中最基本最重要成分是函數(shù)，其普通形式為「a，6，c……]=fun（d，e，f，……），即一種函數(shù)由函數(shù)名，輸入變量d，e，f,……和輸出變量a，b，c……構(gòu)成，同一函數(shù)名F，不同數(shù)目輸入變量（涉及無輸入變量）及不同數(shù)目輸出變量，代表著不同含義（有點(diǎn)像面向?qū)ο笾卸鄳B(tài)性。這不但使Matlab庫函數(shù)功能更豐富，而大大減少了需要磁盤空間，使得Matlab編寫M文獻(xiàn)簡樸、短小而高效。高效以便矩陣和數(shù)組運(yùn)算Matlab語言象Basic、Fortran和C語言同樣規(guī)定了矩陣算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符、條件運(yùn)算符及賦值運(yùn)算符，并且這些運(yùn)算符大某些可以毫無變化地照搬到數(shù)組間運(yùn)算，有些如算術(shù)運(yùn)算符只要增長“·”就可用于數(shù)組間運(yùn)算，此外，它不需定義數(shù)組維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門庫函數(shù)，使之在求解諸如信號解決、建模、系統(tǒng)辨認(rèn)、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域問題時(shí)，顯得大為簡捷、高效、以便，這是其他高檔語言所不能比擬。在此基本上，高版本Matlab已逐漸擴(kuò)展到科學(xué)及工程計(jì)算其他領(lǐng)域。因而，不久將來，它一定能名符其實(shí)地成為“萬能演算紙式”科學(xué)算法語言。以便繪圖功能Matlab提供了許多“高檔”圖形函數(shù)，可繪制出多只多彩圖形。例如，繪制二維、三維曲線并對平面或空間多邊形填充；繪制三維曲線面并對其進(jìn)行復(fù)雜操作。Matlab還開發(fā)了某些面向圖形對象“低檔”圖形函數(shù)，可以訪問硬件系統(tǒng)建立各種“低檔”圖形對象，它們以圖形句柄為界面。顧客使用圖形句柄可以操作圖形局部元素。Matlab有一系列繪圖函數(shù)命令，合用于不同坐標(biāo)體系，例如，線性坐標(biāo)、對數(shù)坐標(biāo)、半對數(shù)坐標(biāo)、極坐標(biāo)及三維坐標(biāo)，只需要調(diào)用不同繪圖函數(shù)命令，即可在圖上標(biāo)出圖形標(biāo)題，X軸、Y軸坐標(biāo)，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)命令，簡樸易行。此外，在調(diào)用繪圖函數(shù)時(shí)，調(diào)節(jié)自變量可繪出不同線形：點(diǎn)線、實(shí)線、復(fù)線、或多重線；調(diào)節(jié)繪圖函數(shù)另某些自變量可繪出不同顏色各種線條。這就使得在Matlab環(huán)境下繪制圖形特別清晰、精美、絢麗多彩。運(yùn)用Matlab提供這些圖形技術(shù)可以創(chuàng)造出無與倫比彩色世界?？傊?，Matlab語言設(shè)計(jì)思想可以說代表了當(dāng)前計(jì)算機(jī)高檔語言發(fā)展方向。MATLAB“活”筆記本功能MATLABNotebook成功地把Microsiftword與MATLAB集成為一種集體，為文字解決、科學(xué)計(jì)算、工程設(shè)計(jì)構(gòu)造了一種完美統(tǒng)一工作環(huán)境。Notebook是一種可以解決各種計(jì)算問題文字解決軟件。只要在命令窗口中執(zhí)行Notebook或者在Word環(huán)境中建立M-book模板，就可以進(jìn)入一種新環(huán)境：在編輯科技文稿同步可進(jìn)行科學(xué)演算（數(shù)值或者符號）,還可以作圖。這些演算成果可以即時(shí)顯示于操作命令之后。在這個(gè)環(huán)境中輸入一切命令可以隨時(shí)被激活、修改、重新運(yùn)算并更新原有成果。故Notebook稱為MATLAB“活”筆記本。這對于撰寫科技論文工程技術(shù)人員，對于編寫理工學(xué)科教材教師，對于演算理工學(xué)科習(xí)題大學(xué)生，MATLABNotebook的確是一種極為抱負(fù)工具1.2Simulink簡介Simulink是一種用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析軟件包，它支持離散、持續(xù)及兩者混合線性和非線性系統(tǒng)，也支持具備各種采樣頻率系統(tǒng)。在Simulink環(huán)境中，運(yùn)用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直接畫出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。Simulink包具有Sinks(輸出方式)、Source(輸入源)、Linear(線性環(huán)節(jié))、Nonlinear(非線性環(huán)節(jié))、Connectins(連接與接口)等子模型庫，并且每個(gè)子模型庫中包括相應(yīng)功能模塊，顧客也可以定制和創(chuàng)立自己模塊。模型分析工具涉及線性化和平衡點(diǎn)分析工具、MATLAB許多基本工具箱及MATLAB應(yīng)用工具箱。由于MATLAB和Simulink是集成在一起，因而顧客可以在這兩種環(huán)境下對自己模型進(jìn)行仿真、分析、和修改。Simulink非常實(shí)用，應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可使用領(lǐng)域很廣，涉及航空航天、電子、力學(xué)、數(shù)學(xué)、通信、影視和控制等。2三相異步電動機(jī)2.1三相異步電動機(jī)構(gòu)造與基本工作原理三相異步電動機(jī)構(gòu)造重要由定子和轉(zhuǎn)子兩大某些構(gòu)成。轉(zhuǎn)子裝在定子腔內(nèi)，定子、轉(zhuǎn)子之間有一縫隙，稱為氣隙。2.1.1定子某些定子某些重要由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座三某些構(gòu)成。定子鐵心是電機(jī)磁路一某些，為減少鐵心損耗，普通由0.5mm厚導(dǎo)磁性較好硅鋼片疊成，安放在機(jī)座內(nèi)。定子鐵心疊片沖有嵌放繞組槽，故又稱為沖片。中、小型電機(jī)定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心都采用整圓沖片。大、中型電機(jī)常采用扇形沖片拼成一種圓。為了冷卻鐵心，在大容量電機(jī)中，定子鐵心分為諸多段，每兩段之間留有徑向通風(fēng)槽，作為冷卻空氣通道。定子繞組是電機(jī)電路某些，它嵌放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)。定子繞組分單層和雙層兩種。普通小型異步電動機(jī)采用單層繞組，大、中型異步電動機(jī)采用雙層繞組。機(jī)座作用是固定和支撐定子鐵心及端蓋，因而，機(jī)座應(yīng)有較好機(jī)械強(qiáng)度和剛度。中、小型電動機(jī)普通用鑄鐵機(jī)座，大型電動機(jī)機(jī)座則用鐵板焊接而成。2.1.2轉(zhuǎn)子某些轉(zhuǎn)子重要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三某些構(gòu)成。整個(gè)轉(zhuǎn)子靠端蓋和軸承支撐著。轉(zhuǎn)子重要作用是產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成電磁轉(zhuǎn)距，以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)子鐵心是電機(jī)磁路一某些，普通也用0.5mm厚硅鋼片疊成，轉(zhuǎn)子鐵心疊片沖有嵌放繞組槽。轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。2.1.3氣隙異步電機(jī)氣隙是均勻。氣隙大小對異步電動機(jī)運(yùn)營性能和參數(shù)影響很大，由于勵磁電流由電網(wǎng)供應(yīng)，氣隙越大，勵磁電流也就越大，而勵磁電流又屬于無功性質(zhì)，它要影響電網(wǎng)功率因數(shù)，因而異步電動機(jī)氣隙大小往往為機(jī)械條件所能容許最小數(shù)值，中、小型電機(jī)氣隙太小，普通為0.2~1.5mm左右。2.1.4三相異步電動機(jī)基本工作原理三相繞組接通三相電源產(chǎn)生磁場在空間旋轉(zhuǎn)，稱為旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)速大小由電動機(jī)極數(shù)和電源頻率而定。旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1稱為同步轉(zhuǎn)速。它與電網(wǎng)頻率f1及電機(jī)磁極對數(shù)p關(guān)系為：n1=60f1∕p(2-1)轉(zhuǎn)子在磁場中相對定子有相對運(yùn)動，切割磁場形成感應(yīng)電動勢。轉(zhuǎn)子銅條有電流，在磁場中受到力作用，轉(zhuǎn)子就會旋轉(zhuǎn)起來。綜上所述可知，三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)動基本工作原理。（1）三相對稱繞組中通入三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。（2）轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電動勢和電流。（3）轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用，從而形成電磁轉(zhuǎn)距，驅(qū)使電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向始終與旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向一致，而旋轉(zhuǎn)磁場方向又取決于異步電動機(jī)三相電流相序。因而，三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)向與電流相序一致。要變化轉(zhuǎn)向，只要變化電流相序即可，即任意對調(diào)電動機(jī)兩根電源線，便可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)。異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速恒不大于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1，只有這樣，轉(zhuǎn)子繞組才干產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。如果n=n1，轉(zhuǎn)子繞組與定子磁場之間無相對運(yùn)動，則轉(zhuǎn)子繞組中無感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流產(chǎn)生，可見n<n1是異步電動機(jī)工作必要條件。由于電動機(jī)轉(zhuǎn)速n與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1不同步，故稱為異步電動機(jī)。2.2轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差（n1-n）和同步轉(zhuǎn)速n1比值稱為轉(zhuǎn)差率，用字母s表達(dá)，即S=(n1-n)/n1(2-2)轉(zhuǎn)差率s是異步電動機(jī)一種基本物理量，它反映異步電動機(jī)各種運(yùn)營狀況。對異步電動機(jī)而言，當(dāng)轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動（如起動瞬間）時(shí)，n=0,此時(shí)轉(zhuǎn)差率s=1;當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速（空載運(yùn)營）時(shí)，n≈n1,此時(shí)轉(zhuǎn)差率s≈0。由此可見，作為異步電動，轉(zhuǎn)速在0～n1范疇內(nèi)變化，其轉(zhuǎn)差率在0～1范疇內(nèi)變化。異步電動機(jī)負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速就越慢，其轉(zhuǎn)差率就越大；負(fù)載越小，轉(zhuǎn)速就越快，其轉(zhuǎn)差率就越小。故轉(zhuǎn)差率直接反映了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速快慢或電動機(jī)負(fù)載大小。異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速可以由（2-1）推算。n=(1-s)n1(2-3)2.3異步電機(jī)三種運(yùn)營狀態(tài)依照轉(zhuǎn)差率大小和正負(fù)，異步電機(jī)有三種運(yùn)營狀態(tài)。（1）電動機(jī)運(yùn)營狀態(tài)當(dāng)定子繞組接至電源，轉(zhuǎn)子就會在電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩即為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)方向相似，此時(shí)電機(jī)從電網(wǎng)電功率轉(zhuǎn)變成機(jī)械功率，由轉(zhuǎn)軸傳播給負(fù)載。電動機(jī)轉(zhuǎn)速范疇為n1＞n＞0,其轉(zhuǎn)差率范疇為0＜s≤1。（2）發(fā)電機(jī)運(yùn)營狀態(tài)異步電機(jī)定子繞組仍接至電源，該電機(jī)轉(zhuǎn)軸不再接機(jī)械負(fù)載，而用同一臺原動機(jī)拖動異步電機(jī)轉(zhuǎn)子以不不大于同步轉(zhuǎn)速（n>n1）并順旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。顯然，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子方向相反，起著制動作用，為制動轉(zhuǎn)矩。為克服電磁轉(zhuǎn)矩制動作用而使轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并保持n>n1,電機(jī)必要不斷從原動機(jī)吸取機(jī)械功率，把機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲭姽β?。因而成為發(fā)電機(jī)運(yùn)營狀態(tài)。此時(shí)，n>n1,則轉(zhuǎn)差率s<0。（3）電磁制動運(yùn)營狀態(tài)異步電機(jī)定子繞組仍接至電源，如果用外力拖著電機(jī)逆著旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動。此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩與電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，起制動作用。電機(jī)定子仍從電網(wǎng)吸取電功率，同步轉(zhuǎn)子從外力吸取機(jī)械功率，這兩某些功率都在電機(jī)內(nèi)部以損耗方式轉(zhuǎn)化成熱能消耗。這種運(yùn)營狀態(tài)稱為電磁制動狀態(tài)。此種狀況下，n為負(fù)值，即n<0,則轉(zhuǎn)差率s>1。由此可知，區(qū)別這三種運(yùn)營狀態(tài)根據(jù)是轉(zhuǎn)差率s大小。①當(dāng)0<s<1時(shí)為電動機(jī)運(yùn)營狀態(tài)；②當(dāng)-∞＜s＜0時(shí)為發(fā)電機(jī)運(yùn)營狀態(tài)；③當(dāng)1＜s＜+∞時(shí)為電磁制動運(yùn)營狀態(tài)。3設(shè)計(jì)方案選取及分析3.1三相異步電動機(jī)調(diào)速辦法異步電機(jī)調(diào)速辦法有不少，依照異步電機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=n1(1-s)=60f1/p(1-s)(3-1)可知：異步電動機(jī)有如下三種基本調(diào)速辦法：（1）變化定子極對數(shù)p調(diào)速。（2）變化電源頻率f1調(diào)速。（3）變化轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。3.2調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速一種。調(diào)壓調(diào)壓是異步電動機(jī)調(diào)速中比較簡便一種辦法。由電機(jī)原理可知當(dāng)轉(zhuǎn)差率s基本保持不變時(shí)，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓平方成正比，因而，變化定子電壓就可以得到不同人為機(jī)械特性，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速目。變化加在定子上電壓是通過交流調(diào)壓器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前廣泛采用交流調(diào)壓器由晶閘管等器件構(gòu)成。它是將三個(gè)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(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角大小來調(diào)節(jié)加到定子繞組兩端端電壓。晶閘管三相交流調(diào)壓電路連結(jié)方式諸多，各有其特點(diǎn)。這里采用三相全波星型聯(lián)接調(diào)壓電路。如圖3.1所示。圖3.1三相交流調(diào)壓電路電機(jī)繞組星型聯(lián)接時(shí)三相分支雙向控制電路用三對晶閘管反并聯(lián)或三個(gè)雙向晶閘管分別串接在每相繞組上。調(diào)壓時(shí)用相位控制。當(dāng)負(fù)載電流流通時(shí)，至少有一相正向晶閘管和另一相反向晶閘管同步導(dǎo)通，因此規(guī)定各晶閘管觸發(fā)脈沖寬度都不不大于60°?；蛘卟捎秒p脈沖觸發(fā)。最大移相范疇為150°.移相調(diào)壓時(shí)，輸出電壓中具有奇次諧波，其中以奇次諧波為主。如果電機(jī)繞組不帶零線，則三次諧波電勢雖然存在，卻不會有三次諧波電流。由于電機(jī)繞組屬于感性負(fù)載，電流波形會比電壓波形平滑些。但仍具有諧波，從而產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩和附加損耗等不良影響，這是晶閘管調(diào)壓電路缺陷。3.3調(diào)壓調(diào)速特性及其調(diào)速性能調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性如圖3.2所示。由圖可以看出，隨著定子電壓減少，機(jī)械特性變軟，并且最大轉(zhuǎn)矩也減小諸多，這樣就減少了電機(jī)過載能力。若負(fù)載稍有波動，電機(jī)就也許停轉(zhuǎn)。因而對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其調(diào)速范疇很小。若用于通風(fēng)機(jī)類負(fù)載，可以得到較大調(diào)速范疇。圖3.2電機(jī)調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性但在低速時(shí)磁通量較小，會使轉(zhuǎn)子電流較大，電機(jī)發(fā)熱問題就會變得嚴(yán)重。為了克服上述調(diào)壓調(diào)速中存在問題，普通采用如下辦法。（1）采用轉(zhuǎn)子電阻較大高轉(zhuǎn)差率籠型電動機(jī)、實(shí)心轉(zhuǎn)子電動機(jī)或雙層轉(zhuǎn)子電動機(jī)，以獲得較寬調(diào)速范疇。（2）對于籠型電動機(jī)可采用速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。如圖3.3所示。這時(shí)機(jī)械特性硬度較大，可以得到平滑調(diào)速和較大調(diào)速范疇。ASR-速度調(diào)節(jié)器；TG-測速發(fā)電機(jī)；AT-觸發(fā)裝置圖3.3速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)工作原理：將速度給定值與速度反饋值進(jìn)行比較，比較后經(jīng)速度調(diào)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導(dǎo)通角，以控制晶閘管輸出電壓高低，從而調(diào)節(jié)了加在定子繞組上電壓大小。因而，變化了速度給定值就變化了電動機(jī)轉(zhuǎn)速。由于采用了速度負(fù)反饋從而實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)、平滑無級調(diào)速。同步當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過速度負(fù)反饋，能自動調(diào)節(jié)加在電動機(jī)定子繞組上電壓大小，由速度調(diào)節(jié)器輸出控制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖前移，使調(diào)壓器輸出電壓提高，導(dǎo)致電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使速度回升，接近給定值。這種調(diào)速辦法既不是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也不是恒功率調(diào)速。如果拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，而轉(zhuǎn)速又較低時(shí)，損耗將增長，不適當(dāng)于長期低速運(yùn)營。如果拖動風(fēng)機(jī)類負(fù)載，隨著轉(zhuǎn)速減少負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，從而減小了損耗，因此這種調(diào)速辦法更適合于與風(fēng)機(jī)類負(fù)載相配合。異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速普通合用于繞線型異步電動機(jī)。3.3.1開環(huán)調(diào)壓調(diào)速特性定子電壓U1變化時(shí)：臨界轉(zhuǎn)差率不變，同步轉(zhuǎn)速n1不變，由于轉(zhuǎn)矩T正比于定子電壓U1平方，因此U1↓→n↓→s↑,機(jī)械特性如圖3.4所示。可見轉(zhuǎn)子電阻為正常值。圖3.4電機(jī)開環(huán)調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性如普通鼠籠型異步電動機(jī)，對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范疇很小，實(shí)用價(jià)值不高。對風(fēng)機(jī)類負(fù)載，調(diào)速范疇較大，但存在低速時(shí)功率因數(shù)低，電流大問題。因此降壓調(diào)速只合用于高轉(zhuǎn)差率鼠籠電機(jī)或是繞線式異步電機(jī)。3.3.2閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速特性此前用飽和電抗器，當(dāng)前廣泛采用晶閘管調(diào)壓電路。在前面所述開環(huán)系統(tǒng)調(diào)速中，其機(jī)械特性軟，調(diào)速范疇較窄。加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)環(huán)節(jié)后成了調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。調(diào)速范疇變大了。測速發(fā)電機(jī)TG測得電動機(jī)轉(zhuǎn)速即測速發(fā)電機(jī)u∝n,當(dāng)n↑→u↑,將u與給定電壓比較得到一種電壓變化值，將這個(gè)變化值作為放大器輸入端，經(jīng)放大后輸出為觸發(fā)器發(fā)出信號，使觸發(fā)器發(fā)出發(fā)出一定相位脈沖，晶閘管調(diào)壓器就輸出一定值電壓，調(diào)節(jié)給定電壓大小就可以得到不同輸出電壓，從而達(dá)到調(diào)速目。4基于MATLAB軟件仿真依照自動控制系統(tǒng)理論，老式慣用自耦調(diào)壓器與飽和電抗器已過時(shí)，這里采用三對反并聯(lián)晶閘管分別串聯(lián)在三相交流電源線路中，再接到交流電機(jī)定子繞組上，通過控制晶閘管導(dǎo)通角，得到可調(diào)交流調(diào)壓電源，這樣來變化電機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)其調(diào)壓調(diào)速目。這里重要簡介異步電機(jī)開環(huán)與速度負(fù)反饋兩種調(diào)壓調(diào)速仿真。4.1異步電機(jī)開環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)仿真依照電機(jī)拖動理論，當(dāng)異步電機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，變化定子端電壓人為機(jī)械特性，其穩(wěn)定工作點(diǎn)轉(zhuǎn)差率變化范疇不大。調(diào)速范疇也很小。異步電機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定精度也不高，因此這種開環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用不多，只作為討論閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)仿真基本。交流電機(jī)開環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如圖4.1所示，圖4.1異步電機(jī)開環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)仿真模型其三相交流調(diào)壓器子系統(tǒng)Subsystem如圖4.2所示。由圖4.1可知，輸出轉(zhuǎn)速信號沒有反饋到輸入端，因此系統(tǒng)是開環(huán)。由圖4.2可以清晰地看到，三對反并聯(lián)晶閘管分別串聯(lián)在三相交流電源線路上，同步6脈沖觸發(fā)器輸出脈沖出發(fā)六個(gè)晶閘管，觸發(fā)器同步電壓取自于三相電源線電壓。交流電機(jī)拖動恒定負(fù)載。測量信號分派器僅僅測量電機(jī)轉(zhuǎn)速并輸出，三相電源與交流電機(jī)定子電壓用示波器檢測波形。圖4.2Subsystem子系統(tǒng)仿真模型中使用模塊與提取途徑是：異步電機(jī)AsynchronousMachine：Simulink\SimpoweSystem\Machines\AsynchronousMachine異步電機(jī)測試信號分派器MachineMeasurementDemux：Simulink\SimpoweSystem\Machines\MachineMeasurementDemux晶閘管Thy1-Thy6參數(shù)設(shè)立如圖4.3所示。圖4.3調(diào)壓器晶閘管參數(shù)設(shè)立測量信號分派器參數(shù)設(shè)立如圖4.4所示。圖4.4測量信號分派器參數(shù)設(shè)立在仿真參數(shù)設(shè)立里，僅僅設(shè)立仿真開始時(shí)間為0，停止時(shí)間為3秒，其她參數(shù)采用系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)立。對圖4.1模型進(jìn)行仿真，電機(jī)以轉(zhuǎn)速輸出但無示波器顯示，而使用out模塊將仿真輸出信息返回到Matlab命令窗口中。若要顯示波形，即在Matlab命令窗口中輸入“plot(tout,yout)”,回車后即輸出轉(zhuǎn)速仿真波形如圖4.5所示。由圖可知，當(dāng)觸發(fā)器控制角為30°時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速平滑上升并趨于穩(wěn)速運(yùn)營。圖4.5控制角為30°時(shí)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速三相電源與電機(jī)定子線電壓波形如圖4.6所示，當(dāng)變化觸發(fā)控制角時(shí)，電機(jī)三相定子電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速稍有變化，如上所述，這是由異步電機(jī)人為特性所決定。圖4.6控制角為30°時(shí)電源與定子電壓波形4.2異步電機(jī)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)仿真將以上開環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速輸出端信號反饋到輸入端與給定值進(jìn)行比較控制即構(gòu)成速度反饋控制系統(tǒng)，這就是反饋控制系統(tǒng)。交流電機(jī)速度反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)仿真模型如圖4.7所示。仿真模型模塊提取途徑及其參數(shù)設(shè)立如下傳遞函數(shù)模塊TransferSimulink\Continuous\TransferFcn增益模塊GainSimulink\CommonlyUsedBlocks\Gain代數(shù)求和模塊SumSimulink\CommonlyUsedBlocks\Sum常數(shù)模塊ConstantSimulink\CommonlyUsedBlocks\Constant輸出轉(zhuǎn)速模塊Out1Simulink\CommonlyUsedBlocks\Out1晶閘管Thy1-Thy6參數(shù)設(shè)立如圖4.3所示，測量信號分派器參數(shù)設(shè)立如圖4.4所