完整版基于MATLAB三相異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

1、電氣工程及其自動化專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)1、了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理及組成.2、學(xué)習(xí)SIMULINK,熟悉相關(guān)的模塊功能.3、進(jìn)一步理解交流調(diào)壓系統(tǒng)中電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的作用.二、設(shè)計(jì)要求1、利用SIMULINK®立閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型.2、調(diào)試完成調(diào)壓模塊仿真、開環(huán)系統(tǒng)仿真、閉環(huán)系統(tǒng)仿真.三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、計(jì)算機(jī)一臺2、MATLA斷真軟件四、實(shí)驗(yàn)原理調(diào)壓調(diào)速即通過調(diào)節(jié)通入異步電動機(jī)的三相交流電壓大小來調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法.理論依據(jù)來自異步電動機(jī)的機(jī)械特性方程式：Tf 叫Ri + RJi +其中,p為電機(jī)的極對數(shù)；w 1為定子電源角速度；U 1為定子電源相電壓；R&#

2、39;為折算到定子側(cè)的每相轉(zhuǎn)子電阻；R為每相定子電阻；L11為每相定子漏感；L12為折算到定子側(cè)的每相轉(zhuǎn)子漏感；S為轉(zhuǎn)差率.S N圖1異步電動機(jī)在不同電壓的機(jī)械特性由電機(jī)原理可知,當(dāng)轉(zhuǎn)差率s根本保持不變時,電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn) 矩與定子電壓的平方成正比.因此,改變定子電壓就可以得到不同的 人為機(jī)械特性,從而到達(dá)調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的.1、調(diào)壓電路改變加在定子上的電壓是通過交流調(diào)壓器實(shí)現(xiàn)的.目前廣泛采用的交流調(diào)壓器由晶閘管等器件組成.它是將三個雙向晶閘管分別接到 三相交流電源與三相定子繞組之間通過調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角的大小來 調(diào)節(jié)加到定子繞組兩端的端電壓.這里采用三相全波星型聯(lián)接的調(diào)壓 電路UaUbUc圖2

3、調(diào)壓電路原理圖2、開環(huán)調(diào)壓調(diào)速開環(huán)系統(tǒng)的主電路由觸發(fā)電路、調(diào)壓電路、電機(jī)組成.原理圖如 下：圖3開環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)原理圖AT為觸發(fā)裝置,用于調(diào)節(jié)限制角的大小來限制晶閘管的導(dǎo)通 角,限制晶閘管輸出電壓來調(diào)節(jié)加在定子繞組上的電壓大小. 3、閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速速度負(fù)反響閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的工作原理：將速度給定值與速度 反響值進(jìn)行比較,比較后經(jīng)速度調(diào)節(jié)器得到限制電壓, 再將此限制電 壓輸入到觸發(fā)裝置,由觸發(fā)裝置輸出來限制晶閘管的導(dǎo)通角, 以限制 晶閘管輸出電壓的上下,從而調(diào)節(jié)了加在定子繞組上的電壓的大小. 因此,改變了速度給定值就改變了電動機(jī)的轉(zhuǎn)速.由于采用了速度負(fù)反響從而實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)、平滑的無級調(diào)速.同時當(dāng)負(fù)載發(fā)生

4、變化時,通 過速度負(fù)反響,能自動調(diào)整加在電動機(jī)定子繞組上的電壓大小.由速度調(diào)節(jié)器輸出的限制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖前移, 使調(diào)壓器的輸出電壓提升,導(dǎo)致電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大,從而使速度上升,接近給定值圖5-9 4毗潮鰥即態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 11 Li圖5閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖五、仿真內(nèi)容1、調(diào)壓電路1、調(diào)壓電器的仿真模型CD+1CD*UBLK0PIuM圖6(a)利用單個晶閘管元器件搭建的三相交流調(diào)壓器的仿真模型型2)、調(diào)壓電路的搭建(b)圖的封裝模 dSerres RLC Branch0-LSeries RLC Branohi -jSeries RLC 日ynWZ8nMSjfnDhrDniz-ed e-PuBr

5、t GtHtfBtC*aip*i3_diegAEiConir»ml圖7調(diào)壓電路模型3、參數(shù)的設(shè)定Frequency of synchronization voltageshz : 同步電壓頻率赫茲50HzPulse widthdegrees:觸發(fā)脈沖寬度角度10Double pulsing :雙脈沖出發(fā)選擇.RLC負(fù)載的參數(shù)設(shè)定：電阻100Q,電感0H,電容白直為infUA峰值220v,f為50Hz,初相位為0UB 峰值220v,f為50Hz,初相位為-120 °UC 峰值220v,f為50Hz,初相位為-240 °4電阻負(fù)載的仿真圖形a觸發(fā)角為45圖8三相交流調(diào)

6、壓器的輸出電壓波形在電阻負(fù)載時三相交流調(diào)壓器的輸出電壓仿真結(jié)果如圖8所示.其中圖8a為 =45°時調(diào)壓器輸出的波形,圖 8b所示為 =60°時調(diào)壓器輸出的波形.通過比較 a和b可以發(fā)現(xiàn),隨著觸 發(fā)角的增加,同時有三個晶閘管導(dǎo)通的區(qū)間逐步減小,到% >=60 時,任何晶閘管都只有兩相晶閘管導(dǎo)通.2、異步電動機(jī)帶風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載開環(huán)調(diào)壓調(diào)速模塊1參數(shù)設(shè)定由公式Tz=kn 2可推出k=Tz/n 2電機(jī)參數(shù)額電壓220v頻率為60Hz極對數(shù)為2對容量為2238VA同步轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/分鐘可以計(jì)算 k=0.000003665UA 峰值180v,f為60Hz,初相位為0UB峰值18

7、0v,f為60Hz,初相位為-120 °UC峰值180v,f為60Hz,初相位為-240 °圖9開環(huán)系統(tǒng)仿真模型1800eoo時得到的轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過程10觸發(fā)角由圖中可以觀察到當(dāng)觸發(fā)角為 60°時,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1712轉(zhuǎn)/分鐘,轉(zhuǎn)速在0.9s時到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)2觸發(fā)角為750時得到的轉(zhuǎn)速圖11 % =750時電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過程由圖中可以觀察到當(dāng)觸發(fā)角為75°時,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1660轉(zhuǎn)/分鐘, 轉(zhuǎn)速在1.6s時到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài).分析：通過比較圖10和圖11的觸發(fā)角為60和800時可以發(fā)現(xiàn)：隨著的增大,使得輸出電壓降低,使轉(zhuǎn)速下降,從而到達(dá)調(diào)速的目的.3改變電源電

8、壓,電源電壓為150v,觸發(fā)角為600時得到的轉(zhuǎn) 速圖12電源電壓為150V % =600時 電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過程由圖中可以觀察到當(dāng)觸發(fā)角為60°時,轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1660轉(zhuǎn)/分鐘, 轉(zhuǎn)速在1s時到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài).分析:通過比較圖11和圖13可以發(fā)現(xiàn),在相同的觸發(fā)角不同的電 源電壓下,電源電壓的降低會使轉(zhuǎn)速下降.同時也可以得到通過 改變電源電壓的大小來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的可行性.3、閉環(huán)調(diào)壓異步電動機(jī)速度負(fù)反響閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如下所示, 將速度給定值 1200與速度反響值進(jìn)行比較,比較后經(jīng)速度調(diào)節(jié)器 得到限制電壓,再將此限制電壓輸入到觸發(fā)裝置,由觸發(fā)裝置輸出來 限制晶閘管的導(dǎo)通角,以限制晶閘管

9、輸出電壓的上下,從而調(diào)節(jié)了加 在定子繞組上電壓的大小.因此,改變速度給定值就改變了電機(jī)的轉(zhuǎn) 速.由于采用了速度負(fù)反響從而實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)平滑的無級調(diào)速.同時負(fù)載發(fā)生變化時,通過速度負(fù)反響,能制動調(diào)整加在定子繞組上的電壓 的大小,由速度調(diào)節(jié)器輸出的限制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖遷移,是調(diào)壓器的輸出電壓提升,導(dǎo)致電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大,從而使速度上升, 接近給定值.PI設(shè)置：比例環(huán)4,環(huán)0.1 ,輸出限幅60,-60.限制角調(diào)節(jié)范圍0120.圖14閉環(huán)轉(zhuǎn)速特性圖14是電壓為180v,轉(zhuǎn)速2合定為1420,從圖中可以可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn) 速給定為1420,轉(zhuǎn)速在0.5s時到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài),轉(zhuǎn)速維持在1420,從 中可以得出轉(zhuǎn)速

10、跟隨給定變化.以下是給定1350在1.4S時給60階躍的轉(zhuǎn)速、限制角、負(fù)載轉(zhuǎn)矩圖14轉(zhuǎn)速從圖15可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在0.45s時到達(dá)穩(wěn)定,在0.45s到1.4s時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1350轉(zhuǎn)/分鐘,至U 1.4s時給了一個終值為60的階躍,可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟隨給定變化善苣戶廬啟利寇飄回昌*Time offset Q圖15限制角從圖16可以直觀的看到限制角在隨著給定的變化而變化,從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速.,Scopefl , EXa4"勝也用圖17轉(zhuǎn)矩開始時,轉(zhuǎn)速為0,負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0,反響因輸出限幅為-60,經(jīng) 60偏置使得輸入限制角為0,定子繞組電壓為電源電壓.隨著轉(zhuǎn)速的 上升,負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大,反響在一定范圍內(nèi)依舊為

11、0.經(jīng)0.6秒后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1350,負(fù)載轉(zhuǎn)矩、限制角也保持穩(wěn)定.再過 0.8秒,給定增 加60,經(jīng)反響,減小限制角,增大電壓提升轉(zhuǎn)速,負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨之增 大,在1.6秒內(nèi)保持穩(wěn)定.六、總結(jié)體會為期兩周的專業(yè)方向綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)終于告一段落了,在為期兩 周的課程設(shè)計(jì)中,我學(xué)到很多東西,有些外表上看起來比較簡單的東 西,實(shí)際做起來的就不像那么簡單了,要考慮諸多參數(shù)的配合.對于 整個系統(tǒng),由于課題要求是調(diào)壓調(diào)速,所以首先從調(diào)壓器開始設(shè)計(jì), 使用利用單個晶閘管元器件搭建的三相交流調(diào)壓器的仿真模型,再將該模塊進(jìn)行封裝.先觀察帶電阻負(fù)載時,調(diào)壓器輸出的波形,通過修 改參數(shù)終于使得調(diào)壓器輸出的波形與理論相同.接著,異步電動機(jī)帶風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載開環(huán)調(diào)壓調(diào)速.然后,確定調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)