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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计(精) 华侨大学 电气工程及其自动化课程设计 题 目 :异步电动机调压调速 MATLAB 仿真 班 级:电气 C 班 学 号:0915331063 学生姓名:朱少斌 指导教师:黄老师 2022年 5月 4号 一、 设计任务 1、了解并熟谙双闭环三相异步电机调压调速原理及组成。 2、学习 SIMULINK,熟谙相关的模块功能。 3、进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。 二、 设计要求 1、利用 SIMULINK 建立闭环调速系统仿真模型。 2、调试完成调压模块仿真、开环系统仿真、闭环系统仿真。 三、 测验
2、设备 1、计算机一台 2、 MATLAB 仿真软件 四、 测验原理 调压调速即通过调理通入异步电动机的三相交流电压大小来调理 转子转速的方法。理论依据来自异步电动机的机械特性方程式: 其中, p 为电机的极对数; w1为定子电源角速度; U1为定子电源相电压; R 2为折算到定子侧的每相转子电阻; R 1为每相定子电阻; L 11为每相定子漏感; L 12为折算到定子侧的每相转子漏感; S 为转差率。 图 1 异步电动机在不同电压的机械特性 由电机原理可知, 当转差率 s 根本保持不变时, 电动机的电磁转 矩与定子电压的平方成正比。 因此, 变更定子电压就可以得到不同的 人为机械特性,从而达成
3、调理电动机转速的目的。 1、调压电路 变更加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。 目前广泛采用 的交流调压器由晶闸管等器件组成。 它是将三个双向晶闸管分别接到 三相交流电源与三相定子绕组之间通过调整晶闸管导通角的大小来 调理加到定子绕组两端的端电压。 这里采用三相全波星型联接的调压 电路。 图 2 调压电路原理图 2、开环调压调速 开环系统的主电路由触发电路、调压电路、电机组成。原理图如 下: 图 3 开环调压系统原理图 AT 为触发装置,用于调理操纵角的大小来操纵晶闸管的导通 角,操纵晶闸管输出电压来调理加在定子绕组上的电压大小。 3、闭环调压调速 速度负反应闭环调压调速系统的工作原理:将
4、速度给定值与速度 反应值举行对比, 对比后经速度调理器得到操纵电压, 再将此操纵电 压输入到触发装置, 由触发装置输出来操纵晶闸管的导通角, 以操纵 晶闸管输出电压的上下,从而调理了加在定子绕组上的电压的大小。 因此, 变更了速度给定值就变更了电动机的转速。 由于采用了速度负 反应从而实现了平稳、平滑的无级调速。同时当负载发生变化时,通 过速度负反应, 能自动调整加在电动机定子绕组上的电压大小。 由速 度调理器输出的操纵电压使晶闸管触发脉冲前移, 使调压器的输出电 压提高, 导致电动机的输出转矩增大, 从而使速度上升, 接近给定值。 图 4 闭环调速布局图 图 5 闭环调速系统原理图 五、 仿
5、真内容 1、调压电路 1 、调压电器的仿真模型 图 5-9 调压调速系统静态布局框图 图 6 (a 利用单个晶闸管元器件搭建的三相交流调压器的仿真模型 (b图的封装模型 2 、调压电路的搭建 图 7 调压电路模型 3 、参数的设定 Frequency of synchronization voltages(Hz:同步电压频率(赫 兹 50Hz Pulse width(degrees:触发脉冲宽度(角度 10 Double pulsing:双脉冲启程选择。 RLC 负载的参数设定:电阻 100,电感 0H ,电容的值为 0F UA :峰值 220v,f 为 50Hz, 初相位为 0 UB :峰值
6、 220v,f 为 50Hz, 初相位为 -120 UC :峰值 220v,f 为 50Hz, 初相位为 +120 4 电阻负载的仿真图形 a 触发角 为 45 b触发角 为 60图 8 三相交流调压器的输出电压波形 在电阻负载时三相交流调压器的输出电压仿真结果如图 8所 示。其中图 8a 为 =45时调压器输出的波形,图 8b 所示为 =60时调压器输出的波形。通过对比 a 和 b 可以察觉,随着触 发角的增加, 同时有三个晶闸管导通的区间逐步减小, 到 =60时,任何晶闸管都只有两相晶闸管导通。 2、 异步电动机带风机泵类负载开环调压调速模块 1参数设定 由公式 Tz=kn2可推出 k=T
7、z/n2 电机参数额电压 220v 频率为 50Hz 极对数 2对 容量为 2238VA 同步转速为 1800转 /分钟 可以计算 k=0.000003665 UA :峰值 180v,f 为 60Hz, 初相位为 0 UB :峰值 180v,f 为 60Hz, 初相位为 -120 UC :峰值 180v,f 为 60Hz, 初相位为 +120 图 9 开环系统仿真模型 1触发角 为 60时得到的转速 图 10 =60时 电机转速变化的过程 由图中可以查看到当触发角为 60时,转速稳定在 1712转 /分钟,转速在 0.9s 时达成稳定状态。 2触发角 为 75时得到的转速 图 11 =75时
8、电机转速变化的过程 由图中可以查看到当触发角为 75时,转速稳定在 1660转 /分钟, 转速在 1.6s 时达成稳定状态。 分析 : 通过对比图 10和图 11的触发角 为 60和 80时可以察觉:随着 的增大,使得输出电压降低,使转速下降,从而达成调速 的目的。 3 变更电源电压, 电源电压为 150v, 触发角 为 60时得到的转 速 图 12 电源电压为 150v =60时 电机转速变化的过程 由图中可以查看到当触发角为 60时,转速稳定在 1660转 /分钟, 转速在 1s 时达成稳定状态。 分析: 通过对比图 11和图 13可以察觉,在一致的触发角不同的电 源电压下,电源电压的降低
9、会使转速下降。同时也可以得到通过 变更电源电压的大小来实现调速的可行性。 3、闭环调压 图 13 闭环调压调速系统仿真模型 异步电动机速度负反应闭环调压调速系统的仿真模型如下所示, 将速度给定值(1200与速度反应值举行对比,对比后经速度调理器 得到操纵电压, 再将此操纵电压输入到触发装置, 由触发装置输出来 操纵晶闸管的导通角, 以操纵晶闸管输出电压的上下, 从而调理了加 在定子绕组上电压的大小。 因此, 变更速度给定值就变更了电机的转 速。 由于采用了速度负反应从而实现了平稳平滑的无级调速。 同时负 载发生变化时, 通过速度负反应, 能制动调整加在定子绕组上的电压 的大小, 由速度调理器输
10、出的操纵电压使晶闸管触发脉冲迁移, 是调 压器的输出电压提高, 导致电动机的输出转矩增大, 从而使速度上升, 接近给定值。 PI 设置:比例环 4,电流环 0.1,输出限幅 60, -60。 操纵角调理范围 0120. 图 14 闭环转速特性 图 14是电压为 180v ,转速给定为 1420,从图中可以可以察觉转 速给定为 1420,转速在 0.5s 时达成稳定状态,转速维持在 1420,从 中可以得出转速跟随给定变化。 以下是给定 1350在 1.4S 时给 60阶跃的转速、操纵角、负载转矩。 图 14 转速 从图 15可以察觉转速在 0.45s 时达成稳定, 在 0.45s 到 1.4s
11、 时转速 稳定在 1350转 /分钟, 到 1.4s 时给了一个终值为 60的阶跃, 可以发 现转速跟随给定变化 图 15 操纵角 从图 16可以直观的看到操纵角在随着给定的变化而变化,从而实现调速。 图 17 转矩 开头时,转速为 0,负载转矩为 0,反应因输出限幅为 -60,经 60偏置使得输入操纵角为 0, 定子绕组电压为电源电压。 随着转速的 上升,负载转矩增大,反应在确定范围内仍旧为 0. 经 0.6秒后转速 稳定在 1350,负载转矩、操纵角也保持稳定。再过 0.8秒,给定增 加 60,经反应,减小操纵角,增大电压提高转速,负载转矩随之增 大,在 1.6秒内保持稳定。 六、 总结体会 对于整个系统,由于课题要求是调压调速,所以首先从调压器开 始设计, 使用利用单个晶闸管元器件搭建的三相交流调压器的仿真模 型, 再将该模块举行封装。 先查看带电阻负载时, 调压器输出的波形, 通过修改参数使得调压器输出的波形与理论一致。 接着, 异步电动机 带风机泵类负载开环调压调速。然后,确定调速系统采用闭环操纵, 整个系统可以实现转速负反应调理, 使系统的性能大大提高。 通过此 次 设计让我对 matlab 的 simulink 模块有了更深的了解, 对调压调速 的特性也有了更深层次的熟悉。 七、 10
