目录摘 要 21 概述 31.1 电机发展概述 31.2 交流调速系统的应用领域主要有三个方面： 31.3 交流调速系统的分类 42、异步电动机的机械特性 42.1、异步电机固有机械特性 42.2、异步电机调压调速的机械特性 53、调压调速系统 63.1 调压电路 63.2 速度闭环控制的调压调速系统 63.3 缺相保护 84、Matlab 仿真 94.1 调压电路仿真模型 94.2 参数设置 104.3 仿真总电路图 114.4 仿真结果 114.5 结果分析 125、小结 13参考文献 14摘要本课程设计介绍了异步电动机调压调速系统的几大组成部分，并着重讲述了三相异步 电动机（M）、测速发电机（TG）、晶闸管交流调压器（TVC）的简单的工作原理在了解 异步电动机调压调速的基本原理的基础上，设计了异步电动机单闭环调压调速系统的结构 原理图还将调压调速与其他的调速方法相比，所具有的优点以及不足之处以转速单闭环调压调速系统为例，基于 Matlab 语言开发仿真软件，并进行仿真实验关键词:调压调速；MATLAB；三相异步电动机1 概述1.1 电机发展概述直流电力拖动和交流电力拖动在 19 世纪先后诞生。
在 20 世纪上半叶的年代里，鉴于 直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容 量 80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一段时期内已成为一种举世公 认的格局交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终 无法与直流调速系统相匹敌直到 20 世纪 60-70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流 拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便 应运而生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了 1.2 交流调速系统的应用领域主要有三个方面：1.2.1 一般性能的节能调速在过去大量的所谓“不变速交流拖动”中，风机、水泵等通用机械的容量几乎占工业 电力拖动总容量的一半以上，其中有不少场合并不是不需要调速，只是因为过去的交流拖 动本身不能调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，因而把许多电能白白 地浪费了如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平 均都可以节约 20-30% 以上的电能，效果是很可观的1.2.2 高性能的交流调速系统和伺服系统许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机结构 简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够 带来不少的效益。
但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样通 过电枢电流施行灵活的实时控制1.2.3 特大容量、极高转速的交流调速直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过106kwr/min,超过这一数值时，其 设计与制造就非常困难了交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电力拖动设备，以及极高转 速的拖动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜1.3 交流调速系统的分类1.3.1 转差功率消耗型这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中在三类异步电动机调速系 统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换 取转速的降低的（恒转矩负载时）可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定 的应用价值1.3.2 转差功率馈送型在这类系统中，一部分转差功率被消耗掉，大部分则通过变流装置回馈给电网或转化 成机械能予以利用，转速越低，能回收的功率越多，这类系统的效率是比较高的，但要增 加一些设备1.3.3 转差功率不变型在转差功率中，转子铜损是不可避免的，在这类系统中，无论转速高低，转差功率的 转子铜损部分基本不变，因此效率也较高其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。
只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速2、异步电动机的机械特性2.1、异步电机固有机械特性根据电机学原理，在下述三个假定条件下：忽略空间和时间谐波，忽略磁饱和，忽略铁损交流电机的稳态等效电路示于图 2.5图 2.1 异步电机稳态等效电路异步电动机的机械特性方程式：3n U 2R ' / s■p—s rR' ¥ls+ Llr其中，p为电机的极对数；W］为定子电源角速度；U］为定子电源相电压；R2'为折算 到定子侧的每相转子电阻；&为每相定子电阻；L］］为每相定子漏感；L］2为折算到定子 侧的每相转子漏感； S 为转差率当 s 很小时，忽略分母中含 s 各项，则3n U 2沁 p_s s X s①R'1r当 s 较大时，忽略分母中 s 的一次项和零次项，则3n U 2R ' / s j= p_s 广 ① R 2 + m 2 L + L'1 _ s 1 ls lr所以，当s很小时，机械特性Te = f(s)近似为一条直线；当s较大时，机械特性Te =图 2.2 异步电机固有机械特性2.2、异步电机调压调速的机械特性电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，如图 2.3 所示，从而达到调节电动机转速的目的。
图2.3异步电机调压调速的机械特性带恒转矩负载TL时，降压调速的稳定工作范围为0
由于采用了速度负反馈从而实现 了平稳、平滑的无级调速同时当负载发生变化时，通过速度负反馈，能自动调整加在电 动机定子绕组上的电压大小由速度调节器输出的控制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，从而使速度回升，接近给定值当系统带负载T厶在A点运行时，如果负载增大引起转速下降，反馈控制作用会自动提 高定子电压，使闭环系统工作在新的A'工作点同理，当负载降低时，反馈控制作用会降 低定子电压，使系统工作在A''，如图3.3所示哄;e niuk4恒转矩负■特性图 3.3 转速闭环控制的交流一调压调速形同静特性3.3 缺相保护三相电动机在运转过程中，如果电路中任一相出现断电，都将造成其它两相电流急剧 增大，如果三相电动机没有及时停止运转，在缺相的情况下继续运转，三相电动机绕组温 度会在很短的时间内急剧升高，直至相间击穿，烧坏电动机三相电动机断相保护就是使接触器C在三相电动机出现断相时能及时断电释放，迅速 切断三相电动机电源，避免烧坏三相电动机三相电动机断相保护原理如下图2：在交流接触器触点C1,下侧A相和B相之间、B 相和C相之间分别串接中间继电器1C和2C，把中间继电器1C和2C的常开触点1C1和 2C1 串接到控制回路交流接触器 C 的自保回路中，如图 3.4 所示。
图 3.4 三相电动机断相保护三相电动机断相保护过程如下：闭合隔离开关GK,控制变压器B工作，按下启动按 钮QA,交流接触器的线圈C得电吸合，接触器触点C1,接通主回路，电动机有电运转， 同时接触器触点C2接通，中间继电器1C和2C得电吸合，触点1C1和2C1接通，交流接 触器C自保，维持三相电动机正常运转三相电动机停止工作时，按下停止按钮TA交流 接触器 C 失电释放，交流接触器触点 C1 断开，三相电动机断电，停止工作交流接触器 触点C1断开，中间继电器1C和2C失电释放，触点1C1和2C1断开三相电动机工作中，如出现A或C相断相，则中间继电器1C或2C失电释放，如B 相断相则中间继电器1C和2C同时失电释放，触点1C1, 2C1断开交流接触器C的自保回 路，交流接触器C断电释放，三相电动机断电停止工作因此，无论三相电源中任何一相断电，三相电动机都能立即断开电源停止工作，从而达到三相电动机的断相保护作用4、Matlab 仿真4.1 调压电路仿真模型4.1.1 三对晶闸管反并联交流调压器图 4.1 晶闸管反并联交流调压器及其封装4.1.2 调压电路图 4.2 三相调压电路4.2 参数设置4.2.1 异步电动机参数H Block r^： As^nchnoncKis Machine SI UnihAsynchronous lachine (naslt) (link)IrolcnKnt5 a t liree-Fhas c asynjahronDns nachme (Hound rot or, siuirrel cafe at double Enuirrel cage) iLDdeled hi a EBl$crtabL& dq taferarvee ftue (rortor, ^tsetorj de STnchronousf. Stator and i口tor viridings are GoimEctBd in vye to an iirtenLal neutral point.CarifiguEationPiranetetsAdi/ajLcedLciad FlovNoninal pawr, ^oltbee (lin匕-line)』 and frequency [ PnCVAJj VntVrnis.l, fnffli：1 1[5-5e3 3B0 50]Stsctcc tcsi^tance and. inchctancDl Rs (ohnl LLs'：I) ] i[0-636 2.De-3]Eotor tresistancB and inducrtsnce [ Rr' (ohnj Lit' (ED ] \[0-5L6 2. Db-3]Hijtual inductance Lji (E0:CL 0603 LIneiiiSj fticticiri fsctot, pole pairs [ F (N. n. sj pi；〕 ]![0.089 D 2]Initirl conditLoris[]0 0 0 D 0 0 l：l]Sinulate sscturaftinti图 4.3 异步电机参数422 PI调节器设置Function Block Parsmeters: ASRDiscrete PI Corrtroller (。