轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比---控制的交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)系統(tǒng)(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上洛陽理工學(xué)院電子電氣工程學(xué)院 專業(yè)課程設(shè)計(jì)論文題 目轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的交流 異步專心-專注-專業(yè)摘 要 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制室交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速最基本的控制方式，一般變頻調(diào)速裝置都帶有這項(xiàng)功能，恒壓頻比的轉(zhuǎn)速開環(huán)工作方式能滿足大多數(shù)場合交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的要求，并且使用更方便，是通用變頻器的基本方式。異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱為變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在調(diào)速是轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范圍寬，無論高速還是低速是效率都較高，在采取一定的技術(shù)措施后能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。因此現(xiàn)在它的應(yīng)用面很廣，目前交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)

2、床、風(fēng)機(jī)、泵類、傳送帶、給料系統(tǒng)、空調(diào)器等設(shè)備的電力源和動(dòng)力源，并起到了節(jié)省電能，提高設(shè)備自動(dòng)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量的良好效果. 本文對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，可以更加熟悉交流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，掌握各種調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合理的方案，解決實(shí)際中的問題。文章在詳細(xì)分析交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的原理基礎(chǔ)上，應(yīng)用MATLAB/SIMULINK仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真，并且詳細(xì)分析了仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)；變頻調(diào)速；MATLAB 仿真Summary: Open-loop speed control room under constant voltage to fr

3、equency ratio control of AC motor variable frequency speed control of the most basic way of variable frequency speed-regulating device in General with this feature, constant voltage to frequency ratio speed open-loop mode can meet most requirements of AC asynchronous motor speed control, and more co

4、nvenient to use, is the basic general purpose inverter 。generally referred to as variable-pressure variable-frequency adjustable-speed system of asynchronous motor variable frequency speed regulation system. Because speed is the slip power does not changes depending on speed, wide speed range, high

5、speed or low speed is higher efficiency, take certain technical measures for high dynamic performance, comparable with the DC speed system. So now it's a broad, now of AC asynchronous motor speed control systems have been widely used in NC machine tools, fans, pumps, conveyor belts, feeding syst

6、em, air conditioner equipment power sources and power source, and began to save energy, increase automation, improve product quality and good results. This article on AC system modeling and simulation, AC speed regulating system can become more familiar with the structure of the advantages and disad

7、vantages of a variety of speed control system, choice of appropriate programmes to solve practical problems. Articles in the detailed analysis of AC asynchronous motor variable frequency speed regulation based on the principle of, MATLAB/SIMULINK simulation software, enables speed constant voltage t

8、o frequency ratio control of open-loop simulation of AC asynchronous motor speed control system, and a detailed analysis of simulation results. Keywords: induction motor; frequency; MATLAB simulation目錄1.緒論異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡稱為變頻調(diào)速系統(tǒng)。由于在調(diào)速是轉(zhuǎn)差功率不隨轉(zhuǎn)速而變化，調(diào)速范圍寬，無論高速還是低速是效率都較高，在采取一定的技術(shù)措施后能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)性能，可與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美

9、。因此現(xiàn)在它的應(yīng)用面很廣，目前交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、風(fēng)機(jī)、泵類、傳送帶、給料系統(tǒng)、空調(diào)器等設(shè)備的電力源和動(dòng)力源，并起到了節(jié)省電能，提高設(shè)備自動(dòng)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量的良好效果. 本文對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，可以更加熟悉交流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，掌握各種調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合理的方案，解決實(shí)際中的問題。在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，常須考慮的一個(gè)重要因素，就是希望保持電動(dòng)機(jī)中每極磁通量為額定值不變。如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵芯，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。對(duì)于直流電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)有恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)

10、償，保持不變是很容易做到的。在交流異步電機(jī)中，磁通由定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢合成產(chǎn)生，要保持磁通恒定就要費(fèi)一些周折。2.變頻調(diào)速的原理在異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，總希望保持主磁通為額定值。由異步電機(jī)定子每相電動(dòng)勢有效值可知，如果略去定子阻抗下降，有 （1）由(1)式知，若定子端電壓不變，隨著升高，將減小。又由轉(zhuǎn)矩公式知，在相同的情況下，減小會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。因此，在變頻調(diào)速過程中應(yīng)該同時(shí)改變定子電壓和頻率，以保持主磁通不變。而如何按比例改變電壓和頻率，要分基頻以下和基頻以上兩種情況。2.1基頻以下調(diào)速恒定壓頻比調(diào)速要求；當(dāng)相對(duì)較高時(shí)，可忽略定子電阻那么最大實(shí)用轉(zhuǎn)矩公式為；由于，為

11、了保證變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)過載能力不變，需要滿足變頻前后，即 （2）對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速,采用恒壓頻比調(diào)速控制，既保證了電機(jī)的過載能力不變，又滿足了主磁通保持不變, 而電磁轉(zhuǎn)矩表示為；據(jù)(2)式，不同頻率下的最大轉(zhuǎn)矩 保持不變，則最大轉(zhuǎn)差率為 （3）不同頻率時(shí)最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落為 （4）因此，恒壓頻比控制變頻調(diào)速時(shí)，因最大轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落均為常數(shù)，故此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一組互相平行硬度相同的曲線，如圖1 所示.2.2基頻以上調(diào)速 基頻以上調(diào)速應(yīng)采取保持定子電壓不變的控制策略，即。由于較高，可以忽略定子電阻，則最大轉(zhuǎn)矩；其對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速降落同式(3)和式(4)為常數(shù)。由此可

12、見，保持定子電壓不變，升高頻率調(diào)速時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩隨頻率升高而減小，最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落為常數(shù)。但是越高，最大轉(zhuǎn)矩越起效，如圖2所示，基頻以上變頻調(diào)速時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率為 （5）在異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s 很小時(shí)，式(5)中的均可以忽略，即基頻以上變頻調(diào)速時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率近似為 （6） 由式(6)知，在變頻調(diào)速過程中，若保持不變，轉(zhuǎn)差率s 變化也很小，故可以近似認(rèn)為不變，即恒功率調(diào)速。3.調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真綜合以上分析，制定出U-f 曲線如圖3 所示. 關(guān)系式為 ，式中是電動(dòng)機(jī)額定電壓，是電動(dòng)機(jī)額定頻率，是初始電壓補(bǔ)償值. 那是因?yàn)槿绻l率較低，定子阻抗壓降所占比重較大，電動(dòng)機(jī)難以保持氣

13、隙磁通不變，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩將隨著頻率的下降而減小. 為了使電動(dòng)機(jī)在低頻低速時(shí)仍有較大的轉(zhuǎn)矩，需要低頻補(bǔ)償電壓以提高定子電壓. 恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖4 所示，系統(tǒng)由升降速時(shí)間設(shè)定、U-f 曲線、SPWM 調(diào)制和驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。其中升降速時(shí)間設(shè)定用來限制電動(dòng)機(jī)的升頻速度，避免轉(zhuǎn)速上升過快而造成電流和轉(zhuǎn)矩的沖擊，相當(dāng)于軟起動(dòng)的作用。 U-f 曲線用于根據(jù)頻率確定相應(yīng)的電壓，以保持壓頻比不變，并且低頻時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾妷貉a(bǔ)償。SPWM 和驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)將會(huì)根據(jù)頻率和電壓要求產(chǎn)生按正弦脈寬調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制逆變器以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速。根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理圖在Matlab軟件環(huán)境下查找器件、連線，接成入

14、上圖所示的線路圖。3.1參數(shù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速開環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真MATLAB/SIMULINK 模型如下圖所示。其中給定積分器(GI，GivenIntegrator)的模型如圖7 所示，對(duì)它設(shè)定恰當(dāng)?shù)姆e分時(shí)間常數(shù)可以控制頻率上升的速率，從而設(shè)定電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間. 給定積分器后接取整環(huán)節(jié)(integer)使頻率為整數(shù). U-f 曲線、三相調(diào)制信號(hào)ua、ub、uc 均由Fcn模塊產(chǎn)生。a.DC Voltage Source(直流電源) 點(diǎn)擊中的找到電壓值設(shè)置為514VbUniversal Bridge（多功能橋式電路）點(diǎn)擊中的找到管。普通的橋電路起著過載保護(hù)作用，防止電流過大燒壞電機(jī)。c.AC Mach

15、ine（交流電機(jī)）點(diǎn)擊中的找到A、B、C端分別與多功能橋式電路的A、B、C端連接，TM端接個(gè)階躍脈沖，M端輸出接電動(dòng)機(jī)測量單元d. MachinesMeasurementDemux（電動(dòng)機(jī)測量單元）點(diǎn)擊中的找到輸入端接交流電機(jī)的M端，輸出端接示波器等測量儀器Machine type選擇Asychronous,點(diǎn)選要測量的數(shù)據(jù)，分別為Stator currentsia ib ic、Rotor speedwm、Electromagnetic torqueTe這三個(gè)。輸出分別接電流測量ia、ib、ic,和經(jīng)放大后測量的轉(zhuǎn)速n 放大倍數(shù)為9.55倍。還有就是測量轉(zhuǎn)矩Te。e. Constant（信號(hào)發(fā)

16、生器）輸入為50Hz的信號(hào)。f.傳遞函數(shù)（Transfer Fcn）式中，為電動(dòng)機(jī)額定電壓，為電動(dòng)機(jī)額定頻率，。為初始電壓補(bǔ)償值。電壓U 、頻率f、時(shí)間t 經(jīng)匯總為一維量 ，其中的u (1)、u(2) 、u (3) 以次表示電壓、頻率和時(shí)間。函數(shù)模塊ua 、ub 、ue 分別用于產(chǎn)生三相調(diào)制信號(hào)u. 、u b 、u c ' 即 仿真算法設(shè)置值:ode23tb 仿真精度:1e-3圖6 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖7給定積分器(GI，GivenIntegrator)的模型圖3.2仿真結(jié)果根據(jù)上面的步驟查找器件，連線，即可畫出原理圖，運(yùn)行之后，得到如下波形。分別為ia

17、、ib、ic、n、Te。圖a圖b圖c圖19 ia、ib、ic 、Uab、n、Te、n-Te的波形3.3仿真分析從上圖仿真的波形可以看出，它非常接近于理論分析的波形。根據(jù)三相調(diào)制信號(hào)，由PWM 發(fā)生器產(chǎn)生逆變器驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)逆變器得到頻率和幅值可調(diào)的三相電壓，使交流電動(dòng)機(jī)按給定要求起動(dòng)和運(yùn)行。在給定頻率為50Hz ，起動(dòng)時(shí)間為6s 的情況下，仿真結(jié)果如圖19所示。其中a圖所示為電動(dòng)機(jī)輸入的一相線電壓(有效值) ，b圖所示為轉(zhuǎn)速變化曲線，圖c所示為轉(zhuǎn)速·轉(zhuǎn)矩特性。從圖中可以看到電動(dòng)機(jī)電壓基本按曲線的設(shè)定上升，但是起動(dòng)中轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)很大。為分析轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大波動(dòng)的原因，將起動(dòng)過程中一

18、段（3-4s）的電壓、轉(zhuǎn)速等波形展開如圖20所示。從逆變器輸出電壓的波形(見圖20b) 中可以看到，輸出電壓的頻率變化呈現(xiàn)出不規(guī)則，電壓頻率不是均勻地上升，中間部分時(shí)段電壓波形的周期變大，頻率減小。將起動(dòng)過程中的升頻曲線(見圖20d)和相應(yīng)時(shí)段的正弦調(diào)制信號(hào)(見圖20b)，以及轉(zhuǎn)速曲線(見圖20a)相比較，在頻率變化的邊界上，正弦調(diào)制信號(hào)和轉(zhuǎn)速都發(fā)生了畸變，這是因?yàn)轭l率變化的時(shí)刻不一定是發(fā)生在調(diào)制信號(hào)一個(gè)完整周期的末尾，在調(diào)制正弦信號(hào)一周期尚未結(jié)束時(shí)，頻率發(fā)生了變化就可能使下一周期信號(hào)的前半周期變寬或變窄，使相應(yīng)的一周期頻率減小或增加。進(jìn)一步比較頻率變化時(shí)刻的三相電壓波形，這時(shí)的三相電壓的相序

19、也可能異常，出現(xiàn)瞬時(shí)的負(fù)相序，電動(dòng)機(jī)也產(chǎn)生了負(fù)的轉(zhuǎn)矩，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速發(fā)生急劇波動(dòng)。延長起動(dòng)時(shí)間，波動(dòng)的情況可以減小，但是波動(dòng)還是存在的。如果起動(dòng)時(shí)間設(shè)定過小，在正弦一周內(nèi)發(fā)生多次頻率的變化，還可以出現(xiàn)增頻現(xiàn)象，使逆變器輸出頻率超過設(shè)定頻率(50Hz) ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)超調(diào)。因此采用等時(shí)間間隔的升頻過程，都難以完全避免輸出電壓周期不規(guī)則的現(xiàn)象，工程上稱之為"跳頻"現(xiàn)象。圖a 圖b圖c 圖d圖20 仿真時(shí)間5-6s的波形4.總結(jié)恒壓頻比的轉(zhuǎn)速開環(huán)工作方式能滿足大多數(shù)場合交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的要求，并且使用方便，是通用變頻器的基本模式。采用恒壓頻比控制，在基頻以下的調(diào)速過程中可以保持電動(dòng)機(jī)氣隙磁通基本恒定，在相同轉(zhuǎn)矩條件下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率基本不變，所以電動(dòng)機(jī)有較硬的機(jī)械特性，使電動(dòng)機(jī)有較好的調(diào)速性能。但是如果頻率較低，定子阻抗壓降所占比重較大，電動(dòng)機(jī)難以保持氣隙磁通不變，電動(dòng)機(jī)的最大