基于matlab的電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計

基于matlab的電機調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計本文主要是介紹三相異步電動機調(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，并集中介紹了調(diào)速類型中的三相異步電動機調(diào)壓調(diào)速方法以及其工作原理；通過對調(diào)壓調(diào)速原理的分析及計算，運用matlab軟件建立調(diào)壓調(diào)速模型，通過其仿真模塊，對模型進行動態(tài)仿真，輸出相關(guān)的仿真結(jié)果。對仿真結(jié)果進行分析，研究模型的可靠性以及其準確性，并不斷對模型修正，以使其能夠更準確地反映真實情況和對實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，更加深入地了解matlab軟件及其仿真模塊在實際研究應(yīng)用中起到的重要作用。目錄1緒論 πQUOTE〔具體的值取為9.55〕，得到的信號單位為:轉(zhuǎn)/分鐘；給定值模塊可以用一個階躍信號來模擬實際的給定電壓，這用與該電壓相對應(yīng)的電機的轉(zhuǎn)速取代，本文中電機的額定轉(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)試進行更改，直到輸出的波形符合要求便可。4.4帶轉(zhuǎn)速負反響的三相交流調(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)電機的人為機械特性仿真本論文中的電機模塊的各項參數(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)動慣量0.102；摩擦系數(shù)0.009541；極對數(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人為機械特性有圖可知，改變電動機定子端的線電壓，對于相同的恒定的轉(zhuǎn)矩，電機輸出端的轉(zhuǎn)速時不同的，只是轉(zhuǎn)速大小不同。定子電壓越小，轉(zhuǎn)速越小。2)電機的空載啟動電機的空載啟動仿真結(jié)果圖如下圖4-10電機空載啟動由圖中可知，電機由啟動至轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的時間約為0.15s，啟動轉(zhuǎn)矩最大時約為1000N·m，啟動轉(zhuǎn)矩較大，因此能夠?qū)崿F(xiàn)快速的啟動。穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分，比其額定轉(zhuǎn)速要大，原因為電機的額定轉(zhuǎn)速是在定子端為額定電壓，負載為額定負載的情況下的轉(zhuǎn)速。當空載時，電機只需克服自身的機械摩擦力，因此轉(zhuǎn)速會比相應(yīng)的額定轉(zhuǎn)速下要高。3)電機帶風機類負載時調(diào)速風機類負載的轉(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載作為電機的負載，并調(diào)節(jié)電機定子端的電壓，觀察電機的轉(zhuǎn)速變化。仿真圖如下：圖4-11風機負載下定子電壓為394V時仿真曲線圖4-12風機負載下定子端電壓186V時仿真曲線圖4-13風機負載下定子端電壓為148V時仿真曲線由圖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，風機類負載穩(wěn)定時的轉(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)定值所需的時間也逐漸加大。在此過程中，定轉(zhuǎn)子的電流的會有明顯的提升，電機的發(fā)熱會相當?shù)拿黠@，這對于工作中的電機是十分不利的。因此，控制風機類負載的轉(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)電機帶恒轉(zhuǎn)矩負載時調(diào)速當電機帶額定負載〔98N·m〕時，調(diào)節(jié)定子兩端電壓的值，電機的轉(zhuǎn)速曲線如下所示：圖4-14恒轉(zhuǎn)矩負載下定子端電壓為394V時的仿真曲線圖4-15恒轉(zhuǎn)矩負載下定子端電壓為224V時仿真曲線圖4-16恒轉(zhuǎn)矩負載下定子端電壓為205V時仿真曲線圖4-14至4-16說明，當此類電機帶恒轉(zhuǎn)矩負載的情況下也可以進行調(diào)壓，且經(jīng)過短暫的震蕩過程，電機的轉(zhuǎn)速可以到達穩(wěn)定。當定子端電壓由394V調(diào)至224V時，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〔如圖4-16〕，電機震蕩時間過長，不能夠很快到達穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。因此，電機帶恒轉(zhuǎn)矩負載時，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)差率的電機帶恒轉(zhuǎn)矩負載較好，機械特性較硬，但調(diào)速效果不好；帶風機類負載時，電機有較好的調(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)矩負載電機的轉(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)子電機的人為機械特性曲線5)帶轉(zhuǎn)速負反響的高轉(zhuǎn)差率電機帶恒轉(zhuǎn)矩負載調(diào)速高轉(zhuǎn)差率的電機的缺點就是當負載稍有變動時，轉(zhuǎn)速就會有很大的變化，抗干擾能力不強。因此需要采取加負反響環(huán)節(jié)來提高其機械特性強度。帶轉(zhuǎn)速負反響的電機調(diào)速仿真如下：圖4-18定子端電壓為224V時仿真曲線當電壓為額定電壓時，其轉(zhuǎn)速為1419轉(zhuǎn)/分，電壓降低為224V時，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)速電機應(yīng)該根據(jù)負載的性質(zhì)來確定。對于一般的對調(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)子電機或者在繞線式轉(zhuǎn)子串接電阻來提高電機的轉(zhuǎn)速范圍，且調(diào)速方式應(yīng)該采用轉(zhuǎn)速負反響調(diào)速系統(tǒng)；如果是風機類負載，則一般的鼠籠型轉(zhuǎn)子電機，調(diào)速系統(tǒng)選擇開環(huán)即可就可滿足。三相交流電動機調(diào)壓調(diào)速的模型建立與仿真是基于論文知識的根底上，利用matlab計算機軟件真實方便快捷的功能，快速地對所建立的調(diào)壓調(diào)速的模型進行仿真，繪出仿真結(jié)果圖。然后對仿真結(jié)果圖進行理論的分析，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)計及仿真論文的寫作充分利用了大學期間所學課程的知識，將所學的理論用于實踐，考察了將理論轉(zhuǎn)化為實踐的能力，同時還考驗了個人利用綜合知識進行分析、計算與設(shè)計的能力。將