基于matlab的电机调速控制系统设计

基于matlab的电机调速控制系统设计本文主要是介绍三相异步电动机调速系统的类型、原理、以及各种调速系统的优缺点，并集中介绍了调速类型中的三相异步电动机调压调速方法以及其工作原理；通过对调压调速原理的分析及计算，运用matlab软件建立调压调速模型，通过其仿真模块，对模型进行动态仿真，输出相关的仿真结果。对仿真结果进行分析，研究模型的可靠性以及其准确性，并不断对模型修正，以使其能够更准确地反映真实情况和对实际模型的建立起到一定的辅助作用。另外，通过此次相关的设计，更加深入地了解matlab软件及其仿真模块在实际研究应用中起到的重要作用。目录1绪论 πQUOTE〔具体的值取为9.55〕，得到的信号单位为:转/分钟；给定值模块可以用一个阶跃信号来模拟实际的给定电压，这用与该电压相对应的电机的转速取代，本文中电机的额定转速值作为给定值；转速调节器〔ASR〕采用PI控制模块，由于没有专门的PI控制模块，通过设置PIDController的选项选择PI控制，其中QUOTEKp、Ki的值可以任意设置。QUOTEKp、Ki的具体值对于每种搭建的模型参数的值是不同的，并且要不断的根据具体的调试进行更改，直到输出的波形符合要求便可。4.4带转速负反响的三相交流调压调速系统的连接图图4-8系统连接图4.5仿真结果与分析1)电机的人为机械特性仿真本论文中的电机模块的各项参数为：定子电阻0.2147Ω，电感0.000991H；转子电阻为0.2205Ω，电感0.000991H；互感0.06419H；转动惯量0.102；摩擦系数0.009541；极对数2。根据式3-1，编写m程序〔见附录一〕，仿真结果如下:图4-9人为机械特性有图可知，改变电动机定子端的线电压，对于相同的恒定的转矩，电机输出端的转速时不同的，只是转速大小不同。定子电压越小，转速越小。2)电机的空载启动电机的空载启动仿真结果图如下图4-10电机空载启动由图中可知，电机由启动至转速稳定的时间约为0.15s，启动转矩最大时约为1000N·m，启动转矩较大，因此能够实现快速的启动。稳定的转速为1500转/分，比其额定转速要大，原因为电机的额定转速是在定子端为额定电压，负载为额定负载的情况下的转速。当空载时，电机只需克服自身的机械摩擦力，因此转速会比相应的额定转速下要高。3)电机带风机类负载时调速风机类负载的转矩与转速的平方成正比，假设其转速方程为T=kn2，k设定为0.0003826。将具有此类方程的负载作为电机的负载，并调节电机定子端的电压，观察电机的转速变化。仿真图如下：图4-11风机负载下定子电压为394V时仿真曲线图4-12风机负载下定子端电压186V时仿真曲线图4-13风机负载下定子端电压为148V时仿真曲线由图4-11至4-13的仿真曲线来看，随着定子端的电压从额定电压不断的降低，风机类负载稳定时的转速也在不断的降低，由最初的额定电压下的1167转/分降至521转/分。当电压继续降低，转速由一种稳定值到另一种稳定值所需的时间也逐渐加大。在此过程中，定转子的电流的会有明显的提升，电机的发热会相当的明显，这对于工作中的电机是十分不利的。因此，控制风机类负载的转速在1167转/分到521转/分是最正确的，转速的调节比为55%，调节范围较好。4)电机带恒转矩负载时调速当电机带额定负载〔98N·m〕时，调节定子两端电压的值，电机的转速曲线如下所示：图4-14恒转矩负载下定子端电压为394V时的仿真曲线图4-15恒转矩负载下定子端电压为224V时仿真曲线图4-16恒转矩负载下定子端电压为205V时仿真曲线图4-14至4-16说明，当此类电机带恒转矩负载的情况下也可以进行调压，且经过短暂的震荡过程，电机的转速可以到达稳定。当定子端电压由394V调至224V时，稳定转速分别由1464转/分降至1366转。继续降低定子端电压时〔如图4-16〕，电机震荡时间过长，不能够很快到达稳定的转速。因此，电机带恒转矩负载时，转速的调节范围在1464转/分到1366转/分，调节的调节比为6.7%，调节的效果不明显。以上两种情况说明，低转差率的电机带恒转矩负载较好，机械特性较硬，但调速效果不好；带风机类负载时，电机有较好的调速性能，且能够从一种转速快速切换到另一种转速。为了提高带恒转矩负载电机的转差率可以给使用电阻率较高的鼠笼型转子或者给绕线式转子串接电阻。如下列图，图4-17高电阻鼠笼型转子电机的人为机械特性曲线5)带转速负反响的高转差率电机带恒转矩负载调速高转差率的电机的缺点就是当负载稍有变动时，转速就会有很大的变化，抗干扰能力不强。因此需要采取加负反响环节来提高其机械特性强度。带转速负反响的电机调速仿真如下：图4-18定子端电压为224V时仿真曲线当电压为额定电压时，其转速为1419转/分，电压降低为224V时，转速降为1100转/分，降速范围是319转，调速比约为21%。5结论由上面的仿真分析可知，选择调速电机应该根据负载的性质来确定。对于一般的对调速要求不高的生产来说，选则一般的低电阻鼠笼型转子电机就可满足要求；如果要求转速范围较高，希望调速范围区间较大，应该选择转子电阻较高的鼠笼型转子电机或者在绕线式转子串接电阻来提高电机的转速范围，且调速方式应该采用转速负反响调速系统；如果是风机类负载，则一般的鼠笼型转子电机，调速系统选择开环即可就可满足。三相交流电动机调压调速的模型建立与仿真是基于论文知识的根底上，利用matlab计算机软件真实方便快捷的功能，快速地对所建立的调压调速的模型进行仿真，绘出仿真结果图。然后对仿真结果图进行理论的分析，考察模型的仿真性能。此次三相交流调压电路的模型设计及仿真论文的写作充分利用了大学期间所学课程的知识，将所学的理论用于实践，考察了将理论转化为实践的能力，同时还考验了个人利用综合知识进行分析、计算与设计的能力。将