基于MATLAB三相異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、華僑大學(xué)電氣工程及其自動化課程設(shè)計題目：異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速MATLAB仿真班級：電氣C班學(xué)號：0915331063學(xué)生姓名：朱少斌指導(dǎo)教師：黃老師2013年5月4號設(shè)計任務(wù)1、了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理及組成。2、學(xué)習(xí)SIMULINK,熟悉相關(guān)的模塊功能。3、進(jìn)一步理解交流調(diào)壓系統(tǒng)中電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的作用。二、設(shè)計要求1、利用SIMULINK建立閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型。2、調(diào)試完成調(diào)壓模塊仿真、開環(huán)系統(tǒng)仿真、閉環(huán)系統(tǒng)仿真。三、實驗設(shè)備1、計算機(jī)一臺2、MATLA斷真軟件四、實驗原理調(diào)壓調(diào)速即通過調(diào)節(jié)通入異步電動機(jī)的三相交流電壓大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法。理論依據(jù)來自異步電動機(jī)的機(jī)械特性

2、方程式：T_3/U因.叫（氏1+奴（乙1+LQ*其中，p為電機(jī)的極對數(shù)；wi為定子電源角速度；Ui為定子電源相電壓；R為折算到定子側(cè)的每相轉(zhuǎn)子電阻；R為每相定子電阻；Lii為每相定子漏感；L12為折算到定子側(cè)的每相轉(zhuǎn)子漏感；S為轉(zhuǎn)差率。圖1異步電動機(jī)在不同電壓的機(jī)械特性由電機(jī)原理可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差率s基本保持不變時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)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(jī)械特性，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。1、調(diào)壓電路改變加在定子上的電壓是通過交流調(diào)壓器實現(xiàn)的。目前廣泛采用的交流調(diào)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(diào)整晶閘

3、管導(dǎo)通角的大小來調(diào)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(lián)接的調(diào)壓2、開環(huán)調(diào)壓調(diào)速開環(huán)系統(tǒng)的主電路由觸發(fā)電路、調(diào)壓電路、電機(jī)組成。原理圖如下：LL2I3oQ9圖3開環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)原理圖AT為觸發(fā)裝置，用于調(diào)節(jié)控制角的大小來控制晶閘管的導(dǎo)通角，控制晶閘管輸出電壓來調(diào)節(jié)加在定子繞組上的電壓大小。3、閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的工作原理：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的導(dǎo)通角，以控制晶閘管輸出電壓的高低，從而調(diào)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(jī)的轉(zhuǎn)速。由于采

4、用了速度負(fù)反饋從而實現(xiàn)了平穩(wěn)、平滑的無級調(diào)速。同時當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時，通過速度負(fù)反饋，能自動調(diào)整加在電動機(jī)定子繞組上的電壓大小。由速度調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖前移，使調(diào)壓器的輸出電壓提高，導(dǎo)致電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使速度回升，接近給定值圖5-94毗潮鰥即態(tài)結(jié)構(gòu)框圖L11*000圖5閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖五、仿真內(nèi)容1、調(diào)壓電路1）、調(diào)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(diào)壓器的仿真模型(b)圖的封裝模型2)、調(diào)壓電路的搭建dS&rreBRLCBranch-0-LSeriesRLCBranohi0wvjSeriesRLC后wriW

5、Z8HMAEiB*ocSjfnchrDniz-ede-PuBrtG4H*ratC*0圖7調(diào)壓電路模型3)、參數(shù)的設(shè)定:同步電壓頻率(赫Frequencyofsynchronizationvoltages(Hz)茲)50HzPulsewidth(degrees):觸發(fā)脈沖寬度(角度)10Doublepulsing:雙脈沖出發(fā)選擇。RLC負(fù)載的參數(shù)設(shè)定：電阻100Q,電感0H,電容白直為0FUA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+1204）電阻負(fù)載的仿真圖形a）觸發(fā)角為45b）觸發(fā)角為60圖8三相交流調(diào)壓器

6、的輸出電壓波形在電阻負(fù)載時三相交流調(diào)壓器的輸出電壓仿真結(jié)果如圖8所示。其中圖8a為=45時調(diào)壓器輸出的波形，圖8b所示為0c=60時調(diào)壓器輸出的波形。通過比較a）和b）可以發(fā)現(xiàn)，隨著觸發(fā)角的增加，同時有三個晶閘管導(dǎo)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(dǎo)通。2、異步電動機(jī)帶風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載開環(huán)調(diào)壓調(diào)速模塊1）參數(shù)設(shè)定由公式Tz=kn2可推出k=Tz/n2電機(jī)參數(shù)額電壓220v頻率為50Hz極對數(shù)2對容量為2238VA同步轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/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180

7、v,f為60Hz,初相位為+120圖9開環(huán)系統(tǒng)仿真模型1）觸發(fā)角口為60時得到的轉(zhuǎn)速日?？趫D10%=600時電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過程由圖中可以觀察到當(dāng)觸發(fā)角為60時，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1712轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)速在0.9s時達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。2）觸發(fā)角口為75時得到的轉(zhuǎn)速圖11%=750時電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過程由圖中可以觀察到當(dāng)觸發(fā)角為75時，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1660轉(zhuǎn)/分鐘,轉(zhuǎn)速在1.6s時達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)分析：通過比較圖10和圖11的觸發(fā)角口為60和80時可以發(fā)現(xiàn):隨著0c的增大，使得輸出電壓降低，使轉(zhuǎn)速下降，從而達(dá)到調(diào)速的目的。3）改變電源電壓，電源電壓為150v,觸發(fā)角口為60時得到的轉(zhuǎn)速18001GOO140012001

8、1：JO8006004002JU0-2001_Ub4U111LB4.11.Ua.z/i.4J-aJiihbauiJfI111111I11!iI.kauLbauJlga4eLajiiLsaJiiiaJjLGdJlifa441kLS4JLaJsi.4 I.iiaj4.haulLgau LuLtajjla Lkd4Gd4IIILtd Ii1141.BB4：I,LG441.hajj1.kiiirraicirrI1.LaJL4K1/.;/rniiii!iib*i11rirbnirbai1llJllaJlllialllliaJlulll)1J11J111111I111!11HHiiiiiiniiir:b_

9、j:brr，reii1!irciirb1iirniiniihiiiiiiaiirnairersanir0，iJ11r!11rH1111!1freal*!iiraaniir1.|riirnirh!rirbimti123456圖12電源電壓為150V%=600時電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過程由圖中可以觀察到當(dāng)觸發(fā)角為60時，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1660轉(zhuǎn)/分鐘,轉(zhuǎn)速在1s時達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)分析:通過比較圖11和圖13可以發(fā)現(xiàn)，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(zhuǎn)速下降。同時也可以得到通過改變電源電壓的大小來實現(xiàn)調(diào)速的可行性。3、閉環(huán)調(diào)壓異步電動機(jī)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如下所示，將速度給定值（1

10、200）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的導(dǎo)通角，以控制晶閘管輸出電壓的高低，從而調(diào)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(jī)的轉(zhuǎn)速。由于采用了速度負(fù)反饋從而實現(xiàn)了平穩(wěn)平滑的無級調(diào)速。同時負(fù)載發(fā)生變化時，通過速度負(fù)反饋，能制動調(diào)整加在定子繞組上的電壓的大小，由速度調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖遷移，是調(diào)壓器的輸出電壓提高，導(dǎo)致電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使速度回升，接近給定值。PI設(shè)置：比例環(huán)4,電流環(huán)0.1,輸出限幅60,-60?？刂平钦{(diào)節(jié)范圍0120.Scaped芻第|叵|盧沁圖14閉環(huán)轉(zhuǎn)

11、速特性圖14是電壓為180v,轉(zhuǎn)速給定為1420,從圖中可以可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速給定為1420,轉(zhuǎn)速在0.5s時達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，轉(zhuǎn)速維持在1420,從中可以得出轉(zhuǎn)速跟隨給定變化。以下是給定1350在1.4S時給60階躍的轉(zhuǎn)速、控制角、負(fù)載轉(zhuǎn)矩圖14轉(zhuǎn)速從圖15可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在0.45s時達(dá)到穩(wěn)定，在0.45s到1.4s時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1350轉(zhuǎn)/分鐘，到1.4s時給了一個終值為60的階躍，可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)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(xiàn)調(diào)速。開始時，轉(zhuǎn)速為0,負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0,反饋因輸出限幅為-60,經(jīng)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(zhuǎn)速的上升，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，反饋在一定范圍內(nèi)依舊為0.經(jīng)0.6秒后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1350,負(fù)載轉(zhuǎn)矩、控制角也保持穩(wěn)定。再過0.8秒，給定增加60,經(jīng)反饋，減小控制角，增大電壓提高轉(zhuǎn)速，負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨之增大，在1.6秒內(nèi)保持穩(wěn)定。六、總結(jié)體會對于整個系統(tǒng)，因為課題要求是調(diào)壓調(diào)速，所以首先從調(diào)壓器開始設(shè)計，使用利用單個晶閘管元器件搭建的三相交流調(diào)壓器的仿真模型，再將該模塊進(jìn)行封裝。先觀察帶電阻負(fù)載時，調(diào)壓器輸出的波形，通過修改參數(shù)使得調(diào)壓器輸出的波形與理論相同。接著，異步電動機(jī)帶風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載開環(huán)調(diào)壓調(diào)速。然后，確定調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)