完整版基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计说明书

1、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®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断真软件四、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：Tf 叫Ri + RJi +其中,p为电机的极对数；w 1为定子电源角速度；U 1为定子电源相电压；R&#

2、39;为折算到定子侧的每相转子电阻；R为每相定子电阻；L11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,改变定子电压就可以得到不同的 人为机械特性,从而到达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 电路UaUbUc图2

3、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,用于调节限制角的大小来限制晶闸管的导通 角,限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响闭环调压调速系统的工作原理：将速度给定值与速度 反响值进行比较,比较后经速度调节器得到限制电压, 再将此限制电 压输入到触发装置,由触发装置输出来限制晶闸管的导通角, 以限制 晶闸管输出电压的上下,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了电动机的转速.由于采用了速度负反响从而实现了平稳、平滑的无级调速.同时当负载发生

4、变化时,通 过速度负反响,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限制电压使晶闸管触发脉冲前移, 使调压器的输出电压提升,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5-9 4毗潮鳏即态结构框图 11 Li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+1CD*UBLK0PIuM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型2)、调压电路的搭建(b)图的封装模 dSerres RLC Branch0-LSeries RLC Branohi -jSeries RLC 日ynWZ8nMSjfnDhrDniz-ed e-PuBr

5、t GtHtfBtC*aip*i3_diegAEiConir»ml图7调压电路模型3、参数的设定Frequency of synchronization voltageshz : 同步电压频率赫兹50HzPulse widthdegrees:触发脉冲宽度角度10Double pulsing :双脉冲出发选择.RLC负载的参数设定：电阻100Q,电感0H,电容白直为infUA峰值220v,f为50Hz,初相位为0UB 峰值220v,f为50Hz,初相位为-120 °UC 峰值220v,f为50Hz,初相位为-240 °4电阻负载的仿真图形a触发角为45图8三相交流调

6、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.通过比较 a和b可以发现,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=kn 2可推出k=Tz/n 2电机参数额电压220v频率为60Hz极对数为2对容量为2238VA同步转速为1800转/分钟可以计算 k=0.000003665UA 峰值180v,f为60Hz,初相位为0UB峰值18

7、0v,f为60Hz,初相位为-120 °UC峰值180v,f为60Hz,初相位为-240 °图9开环系统仿真模型1800eoo时得到的转速电机转速变化的过程10触发角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时到达稳定状态2触发角为750时得到的转速图11 % =750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, 转速在1.6s时到达稳定状态.分析：通过比较图10和图11的触发角为60和800时可以发现：随着的增大,使得输出电压降低,使转速下降,从而到达调速的目的.3改变电源电

8、压,电源电压为150v,触发角为600时得到的转 速图12电源电压为150V % =600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时到达稳定状态.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、闭环调压异步电动机速度负反响闭环调压调速系统的仿真模型如下所示, 将速度给定值 1200与速度反响值进行比较,比较后经速度调节器 得到限制电压,再将此限制电压输入到触发装置,由触发装置输出来 限制晶闸管的导通角,以限制晶闸管

9、输出电压的上下,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响从而实现了平稳平滑的无级调速.同时负载发生变化时,通过速度负反响,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限制电压使晶闸管触发脉冲迁移,是调压器的输出电压提升,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,环0.1 ,输出限幅60,-60.限制角调节范围0120.图14闭环转速特性图14是电压为180v,转速2合定为1420,从图中可以可以发现转 速给定为1420,转速在0.5s时到达稳定状态,转速维持在1420,从 中可以得出转速

10、跟随给定变化.以下是给定1350在1.4S时给60阶跃的转速、限制角、负载转矩图14转速从图15可以发现转速在0.45s时到达稳定,在0.45s到1.4s时转速稳定在1350转/分钟,至U 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善苣户庐启利寇飘回昌*Time offset Q图15限制角从图16可以直观的看到限制角在随着给定的变化而变化,从而实现调速.,Scopefl , EXa4"胜也用图17转矩开始时,转速为0,负载转矩为0,反响因输出限幅为-60,经 60偏置使得输入限制角为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,反响在一定范围内依旧为

11、0.经0.6秒后转速稳定在1350,负载转矩、限制角也保持稳定.再过 0.8秒,给定增 加60,经反响,减小限制角,增大电压提升转速,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,有些外表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,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