(完整word版)基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计说明书0001

1、专业资料 电气工程及其自动化专业方向课程设计 一、设计任务 1、了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速原理及组成。 2、学习SIMULINK,熟悉相关的模块功能。 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、实验设备 1、计算机一台 2、MATLA仿真软件 四、实验原理 调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节 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： T沖硏出/具 r O*L尺 1 + 砧（厶1 + L 碍、 其中，p为电机的极对

2、数； w 1为定子电源角速度； U 1为定子电源相电压； R为折算到定子侧的每相转子电阻； Ri为每相定子电阻； Ln为每相定子漏感； L12为折算到定子侧的每相转子漏感； S为转差率。 s N TIIWA 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基本保持不变时，电动机的电磁转 矩与定子电压的平方成正比。因此，改变定子电压就可以得到不同的 人为机械特性，从而达到调节电动机转速的目的。 1、调压电路 改变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

3、小来 调节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 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，用于调节控制角的大小来控制晶闸管的导通 角，控制晶闸管输出电压来调节加在定子绕组上的电压大小。 3、闭环调压调速 速度负反馈闭环调压调速系统的工作原理：将速度给定值与速度 反馈值进行比较，比较后经速度调节器得到控制电压， 再将此控制电 压输入到触发装置，由触发装置输出来控制晶闸管的导通角， 以控制 晶闸管输出电压的高低，从而调节了加在定子绕组上的电压的大小。 因此，改变了速度给定值就改变

4、了电动机的转速。 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 图5闭环调速系统原理图 五、仿真内容 1、调压电路 1）、调压电器的仿真模型 CD PIuM pLE Oirtl UA ua =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=kn 2可推出k=Tz/n 2 电机参数额电压220v频率为60Hz极

5、对数为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-240 Gainl C&nstsrtl 图9开环系统仿真模型 1）触发角a为60时得到的转速 图10 a =60时电机转速变化的过程 由图中可以观察到当触发角为 60时，转速稳定在1712转/ 分钟，转速在0.9s时达到稳定状态。 2）触发角a为75时得到的转速 图11 a =75时电机转速变化的过程 由图中可以观察到当触发角为75时，转速稳定在1660转/分钟,

6、 转速在1.6s时达到稳定状态。 分析： 通过比较图10和图11的触发角a为60和80时可以发现： 随着a的增大，使得输出电压降低，使转速下降，从而达到调速 的目的。 3）改变电源电压，电源电压为150v,触发角a为60时得到的转 速 图12电源电压为150v a =60时 电机转速变化的过程 由图中可以观察到当触发角为60时，转速稳定在1660转/分钟, 转速在1s时达到稳定状态。 分析: 通过比较图11和图13可以发现，在相同的触发角不同的电 源电压下，电源电压的降低会使转速下降。同时也可以得到通过 改变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

7、电动机速度负反馈闭环调压调速系统的仿真模型如下所示， 将速度给定值（1200）与速度反馈值进行比较，比较后经速度调节器 得到控制电压，再将此控制电压输入到触发装置，由触发装置输出来 控制晶闸管的导通角，以控制晶闸管输出电压的高低，从而调节了加 在定子绕组上电压的大小。因此，改变速度给定值就改变了电机的转 速。由于采用了速度负反馈从而实现了平稳平滑的无级调速。同时负 载发生变化时，通过速度负反馈，能制动调整加在定子绕组上的电压 的大小，由速度调节器输出的控制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，从而使速度回升， 接近给定值。 PI设置：比例环4,环0.1，

8、输出限幅60,-60。 控制角调节范围0T20. 图14闭环转速特性 图14是电压为180v,转速给定为1420,从图中可以可以发现转 速给定为1420，转速在0.5s时达到稳定状态，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、控制角、负载转矩。 图14转速 从图15可以发现转速在0.45s时达到稳定，在0.45s到1.4s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控制角 从图16可以直观的看到控制角在随着给定的变化而变化，从而实现调速。 图17转矩 开始时，转速为0,负载转

9、矩为0,反馈因输出限幅为-60，经 60偏置使得输入控制角为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，反馈在一定范围内依旧为0.经0.6秒后转速 稳定在1350，负载转矩、控制角也保持稳定。再过 0.8秒，给定增 加60，经反馈，减小控制角，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 为期两周的专业方向综合性设计实验终于告一段落了，在为期两 周的课程设计中，我学到很多东西，有些表面上看起来比较简单的东 西，实际做起来的就不像那么简单了，要考虑诸多参数的配合。对于 整个系统，因为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 该模块进行封装。先观察带电阻负载时，调压器输出的波形，通过修 改参数终于使得调压器输出的波形与理论相同。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控制，整 个系统可以实现转速负反馈调节，使系统的性能大大提高