完整版基于MATLAB三相異步電動機調壓調速系統設計說明書

1、電氣工程及其自動化專業(yè)方向課程設計一、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®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、MATLA斷真軟件四、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程式：Tf 叫Ri + RJi +其中,p為電機的極對數；w 1為定子電源角速度；U 1為定子電源相電壓；R&#

2、39;為折算到定子側的每相轉子電阻；R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.S N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根本保持不變時,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,從而到達調節(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)加到定子繞組兩端的端電壓.這里采用三相全波星型聯接的調壓 電路UaUbUc圖2

3、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)限制角的大小來限制晶閘管的導通 角,限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)調壓調速速度負反響閉環(huán)調壓調速系統的工作原理：將速度給定值與速度 反響值進行比較,比較后經速度調節(jié)器得到限制電壓, 再將此限制電 壓輸入到觸發(fā)裝置,由觸發(fā)裝置輸出來限制晶閘管的導通角, 以限制 晶閘管輸出電壓的上下,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改變了電動機的轉速.由于采用了速度負反響從而實現了平穩(wěn)、平滑的無級調速.同時當負載發(fā)生

4、變化時,通 過速度負反響,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)器輸出的限制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖前移, 使調壓器的輸出電壓提升,導致電動機的輸出轉矩增大,從而使速度上升,接近給定值圖5-9 4毗潮鰥即態(tài)結構框圖 11 Li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CD+1CD*UBLK0PIuM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型2)、調壓電路的搭建(b)圖的封裝模 dSerres RLC Branch0-LSeries RLC Branohi -jSeries RLC 日ynWZ8nMSjfnDhrDniz-ed e-PuBr

5、t GtHtfBtC*aip*i3_diegAEiConir»ml圖7調壓電路模型3、參數的設定Frequency of synchronization voltageshz : 同步電壓頻率赫茲50HzPulse widthdegrees: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100Q,電感0H,電容白直為infUA峰值220v,f為50Hz,初相位為0UB 峰值220v,f為50Hz,初相位為-120 °UC 峰值220v,f為50Hz,初相位為-240 °4電阻負載的仿真圖形a觸發(fā)角為45圖8三相交流調

6、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 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 2可推出k=Tz/n 2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18

7、0v,f為60Hz,初相位為-120 °UC峰值180v,f為60Hz,初相位為-240 °圖9開環(huán)系統仿真模型1800eoo時得到的轉速電機轉速變化的過程10觸發(fā)角由圖中可以觀察到當觸發(fā)角為 60°時,轉速穩(wěn)定在1712轉/分鐘,轉速在0.9s時到達穩(wěn)定狀態(tài)2觸發(fā)角為750時得到的轉速圖11 % =750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時到達穩(wěn)定狀態(tài).分析：通過比較圖10和圖11的觸發(fā)角為60和800時可以發(fā)現：隨著的增大,使得輸出電壓降低,使轉速下降,從而到達調速的目的.3改變電源電

8、壓,電源電壓為150v,觸發(fā)角為600時得到的轉 速圖12電源電壓為150V % =600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時到達穩(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)調壓異步電動機速度負反響閉環(huán)調壓調速系統的仿真模型如下所示, 將速度給定值 1200與速度反響值進行比較,比較后經速度調節(jié)器 得到限制電壓,再將此限制電壓輸入到觸發(fā)裝置,由觸發(fā)裝置輸出來 限制晶閘管的導通角,以限制晶閘管

9、輸出電壓的上下,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響從而實現了平穩(wěn)平滑的無級調速.同時負載發(fā)生變化時,通過速度負反響,能制動調整加在定子繞組上的電壓 的大小,由速度調節(jié)器輸出的限制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖遷移,是調壓器的輸出電壓提升,導致電動機的輸出轉矩增大,從而使速度上升, 接近給定值.PI設置：比例環(huán)4,環(huán)0.1 ,輸出限幅60,-60.限制角調節(jié)范圍0120.圖14閉環(huán)轉速特性圖14是電壓為180v,轉速2合定為1420,從圖中可以可以發(fā)現轉 速給定為1420,轉速在0.5s時到達穩(wěn)定狀態(tài),轉速維持在1420,從 中可以得出轉速

10、跟隨給定變化.以下是給定1350在1.4S時給60階躍的轉速、限制角、負載轉矩圖14轉速從圖15可以發(fā)現轉速在0.45s時到達穩(wěn)定,在0.45s到1.4s時轉速穩(wěn)定在1350轉/分鐘,至U 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善苣戶廬啟利寇飄回昌*Time offset Q圖15限制角從圖16可以直觀的看到限制角在隨著給定的變化而變化,從而實現調速.,Scopefl , EXa4"勝也用圖17轉矩開始時,轉速為0,負載轉矩為0,反響因輸出限幅為-60,經 60偏置使得輸入限制角為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,反響在一定范圍內依舊為

11、0.經0.6秒后轉速穩(wěn)定在1350,負載轉矩、限制角也保持穩(wěn)定.再過 0.8秒,給定增 加60,經反響,減小限制角,增大電壓提升轉速,負載轉矩隨之增 大,在1.6秒內保持穩(wěn)定.六、總結體會為期兩周的專業(yè)方向綜合性設計實驗終于告一段落了,在為期兩 周的課程設計中,我學到很多東西,有些外表上看起來比較簡單的東 西,實際做起來的就不像那么簡單了,要考慮諸多參數的配合.對于 整個系統,由于課題要求是調壓調速,所以首先從調壓器開始設計, 使用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,再將該模塊進行封裝.先觀察帶電阻負載時,調壓器輸出的波形,通過修 改參數終于使得調壓器輸出的波形與理論相同.接著,異步電動機帶風機泵類負載開環(huán)調壓調速.然后,確定調速系統采用閉環(huán)