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1、本科毕业设计说明书基于 MATLAB 的异步电动机变频调速仿真实现SIMULATION FOR FREQUENCY CONTROL SYSTEM OF ASYNCHRONOUS MOTOR BASED ON MATLAB学院（部）：电气与信息工程学院专业班级： 电气 09-3 班 学生姓名： 刘安康 指导教师： 唐超礼副教授 2013 年 5 月 30 日安徽理工大学毕业设计I基于 MATLAB 的异步电动机变频调速仿真实现摘要本文主要对交流异步电动机 SPWM 变频调速矢量控制系统进行建模与仿真。变频调速系统在异步电动机的各种调速方式中效率最高、性能最好，因此有着极其重要的地位。电气传动控制
2、系统计算机仿真是应用现代软件工具对其工作特性进行研究的一种十分重要的方法。通过仿真试验，可以比较各种策略与方案，优化并确定相关参数。因此进行系统仿真是不可或缺的，为科学决策提供了可靠的依据。本文介绍了交流调速系统概况、矢量控制的基本概念以及异步电动机变频调速系统在 MATLAB/Simulink 仿真工具中模型建立以及特性研究。一方面，本文通过对交流异步电动机矢量控制调速系统各部分仿真，得出该系统各部分的运行特性；另一方面，通过对转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统和转差频率控制的异步电动机矢量控制系统的仿真，熟悉了矢量控制系统的参数设置和工作特性。本文通过仿真实验不仅了解和掌握了异步电动机运
3、行特性，更重要的是得出的仿真数据，为新的实验设备的引进和进一步开发打下了坚实的基础。关键词：矢量控制，仿真，数学模型安徽理工大学毕业设计IISIMULATION FOR FREQUENCY CONTROL SYSTEM OF ASYNCHRONOUS MOTOR BASED ON MATLABABSTRACTThis paper mainly studies the modeling and the simulation about vector control system of the SPWM variable frequency control. Variable-frequency
4、speed regulation is an efficient way of speed regulation. The computer simulation of the electric drive system is one of the most significant means in the science research. It works by establishing the simulation models and simulation experiments on computer repeatedly. By simulation, you can compar
5、e a variety of strategies and determine the relevant parameters. It is essential for system simulation, so as to provide a reliable scientific basis for decision-making.This paper mainly introduces the development of AC regulating speed system, the main idea of Vector control, and how to establish s
6、imulation for frequency control system of AC motor based on MATLAB. On the one hand, this paper established models for AC motor and obtained some features of the system. On the other hand, by the simulation for vector control system of AC motor with speed and flux loop on torque loop and slip freque
7、ncy control to understand the vector control system parameter settings and operating characteristics.By simulation, for one thing, we understand and grasp the asynchronous motor operating characteristics. Whats more, simulation data has laid a solid foundation for the introduction of new experimenta
8、l equipment and further development.KEYWORDS：vector control, simulation, mathematical models安徽理工大学毕业设计i目录摘要 .I目录 .i1 绪论 .11.1 概述 .11.2 交流变频调速技术的现状 .11.3 仿真工具 MATLAB/Simulink 简介 .21.4 毕业设计的研究内容及章节安排 .32 基于动态模型的异步电动机调速系统工作原理 .42.1 异步电动机的数学模型 .42.2 坐标变换 .72.3 异步电动机在两相坐标系上的数学模型 .113 交流异步电动机性能的仿真研究 .133.
9、1 在交流情况下异步电动机工作仿真.133.2 PWM 变频器-电动机系统仿真.15PWM.164 交流异步电动机矢量控制调速系统仿真 .184.1 转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统仿真及分析 .184.2 转差频率控制的异步电动机矢量控制系统仿真 .244.3 两种矢量控制系统的特点与存在的问题 .27结论 .29参考文献 .30致谢 .34安徽理工大学毕业设计11 绪论1.1 概述电动机作为在工农业生产过程中主要的动力来源，发挥着日益重要的作用。电动机调速性能的好坏，对劳动生产率、节能环保产品质量有着非常重要的影响。直流电动机转速与交流电动机相比，更加容易被控制和调节。当为额定转速以下
10、，可以通过维持励磁电流恒定，改变电枢电压方法来实现恒转矩调速；当为额定转速以上，可以通过维持电枢电压恒定，调节励磁的方法来实现恒功率调速。因此采用转速和电流双闭环直流调速系统可获得优良动态和静态调速特性。 然而，随着科技的不断发展和前进，直流调速弱点也逐步显现出来。由于直流调速系统中使用换向器，直流电动机维护工作量重，最高转速、单机容量以及使用环境等都受到限制，因此直流调速系统的应用范围狭窄。从 20 世纪 30 年代以来，交流调速技术逐步成为人们研究的热点，但交流电动机自身结构特点制约了调速技术发展。70 年代以来，伴随着电机控制技术及电力电子技术的飞速发展，交流调速系统性能也有了长足进步，
11、几乎可以达到与直流调速系统相媲美的程度，为满足生产发展的需要，世界各国都非常重视交流调速技术的研发。目前，交流调速系统已逐步取代直流调速系统。交流调速系统广泛采用交-直-交变频器作为交流电源，交-直-交变频器主要包括整流部分和逆变部分，整流部分将工频交流电整流成直流电，逆变部分再将直流电逆变成频率可调整的交流电，从而满足生产过程中对电动机调速系统的需求。系统仿真是指使用计算机设备来模拟或描述一个系统或过程的运行行为，从而研究该系统或过程的一种技术。仿真技术是集系统理论、计算机技术、相似原理、控制论于一体的综合性技术。电气传动控制系统的计算机仿真是应用现代科学手段对其进行科学研究的十分重要的手段
12、之一。近年来，几乎所有电动机调速控制系统的高品质控制均离不开系统仿真方面的研究。1.2 交流变频调速技术的现状目前，交流电机变频调速技术经已逐步成为当代电机调速的主流方法，日益得到人们的关注和重视。交流电机调速也由曾经的电磁离合器调速、变极调速、串级调速、转子串电阻调速、调压调速等有级调速方式逐步转变为无极调速方式。变频调速技术飞速发展为异步电动机已经可以实现无极平滑调速提供了可能。由于异步电动机变频调速系统还具有调速范围宽的优点，在工业控制领域中逐渐替代有极调速方式。交流变频调速克服了直流调速中的一些缺点，并拥有造价低、结构简单、坚固耐用等优点，已被公认为最有前途的调速方式。电工领域中各种容
13、量和电压等级的变压器的出现，安徽理工大学毕业设计2使得改变交流电压大小很容易实现，从而使得电力系统行业得到快速的发展。长期以来，交流电的频率保持固定不变，但是变频调速技术的出现使得交流电的频率可以可控地变化，这样就使得交流电得到充分利用。随着我国经济高速发展，工业自动化领域中变频调速形成了一个巨大的市场。日本三菱、富士、德国西门子、ABB 等国外公司先后进入中国市场并在中国建厂，国外公司产品最初约占变频器市场 80%市场份额。经过近 30 年的发展，国内像阿尔法、佳灵、利德华福、英威腾、汇川等近 300 多家国产变频器开拓市场，已经取得了很好的业绩。在国内变频器市场品牌中，内资品牌约占 70%左右，但市场份额却只有30%左右，业内人士分析未来十年后市场才能达到饱和状态，因此该行业发展潜力十分可观。变频调速技术的研究现状及发展趋势大体可归结为以下几个方面：1、功率器件的发展。电力电子器件从上世纪
