異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件仿真試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)名稱：交流異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件仿真專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：1 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜IMULINK環(huán)境；建立三相異步電動(dòng)機(jī)包壓頻比調(diào)速系統(tǒng)模型并仿真分析。2 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：設(shè)計(jì)并在simulinnk下搭建三相異步電動(dòng)機(jī)恒壓頻比環(huán)調(diào)速系統(tǒng)3 .實(shí)驗(yàn)原理方案（10分）異步電機(jī)的調(diào)速有多種方法，轉(zhuǎn)速開環(huán)包壓頻比控制是交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速最基本的一種控制轉(zhuǎn)速方式，在一般的變頻調(diào)速裝置里面都嵌入有這項(xiàng)功能，工作方式為恒壓頻比的調(diào)速方式能滿足大多數(shù)場(chǎng)合交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的要求，使用起來(lái)也相對(duì)方便，是通用變頻器的基本模式。但在低壓時(shí)候需要一定的補(bǔ)償電壓，采用恒壓頻比

2、控制，在基頻以下的調(diào)速過(guò)程中的轉(zhuǎn)差率會(huì)保持不變，電動(dòng)機(jī)的所以會(huì)機(jī)械特性會(huì)相對(duì)較硬，電動(dòng)機(jī)有較好的調(diào)速性能。正選脈沖寬度調(diào)制三相逆變電路，是一種以三角波做載波的應(yīng)用沖量等效原理而獲得理想交流電源的電路裝置，在調(diào)制比與載波比一定的條件下，通過(guò)調(diào)節(jié)外加直流電源的大小就可以獲得在額定頻率下產(chǎn)生額定電壓的正選電壓波，通過(guò)調(diào)節(jié)正弦波的頻率就可以得到理想的電壓頻率波，而且調(diào)節(jié)輸入正弦波的頻率能得到線性的輸出電壓幅值。MATLAB在電氣領(lǐng)域中的運(yùn)用隨處可見，在這里可以運(yùn)用MATLAB里的Simulink仿真出具體的模型，通過(guò)示波器來(lái)觀察具體的波形，從而進(jìn)行進(jìn)一步的分析。4 .實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方案（20分）首先采用三相

3、雙極性SPWM逆變電路產(chǎn)生三相交流電源，全控型器件可以選用IGBT,這樣通過(guò)調(diào)節(jié)外加直流電源的大小便可獲的理想的輸出交流電壓源幅值，然后通過(guò)改變給定的頻率信號(hào)來(lái)改變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速，基本模型如下圖所恒壓頻比變頻調(diào)速系統(tǒng)基本原理結(jié)構(gòu)如圖2,7所示，系統(tǒng)由升降速時(shí)間設(shè)定環(huán)節(jié)，U-F曲線，SPWM調(diào)制和驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)組成。其中升降速時(shí)間設(shè)定環(huán)節(jié)G1用來(lái)限制電動(dòng)機(jī)的升頻速度，避免頻率上升過(guò)快而造成電流和轉(zhuǎn)矩的沖擊，起到軟啟動(dòng)控制的作用。U-F曲線用于根據(jù)頻率確定相應(yīng)的電壓，該曲線不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，以保持U/F不變，并在低頻時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾妷貉a(bǔ)償。SPWM和驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)將根據(jù)頻率和電壓要求產(chǎn)生按正弦脈寬調(diào)制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控

4、制控制逆變器以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速?；镜姆抡婺K圖如下所示圖2MATLAB仿真圖5,系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析（70分）圖3out輸出波形該圖為Out示波器的仿真波形，有圖形可以看出，當(dāng)輸入頻率選擇為50HZ時(shí),前5s的時(shí)間里輸出波形從0到50線性變化，有仿真模塊可以計(jì)算出由于飽和上t線為10,后面存在積分環(huán)節(jié)，輸入信號(hào)為50,10dt=50,可知t=5s。Timeoffset0圖4仿真示波器圖像該圖為仿真示波器的仿真結(jié)果，由于取整函數(shù)的存在以及V-F的函數(shù)關(guān)系可以得知仿真結(jié)果與分析結(jié)果一致。圖5sinA波形以上圖是sinA的仿真結(jié)果，仿真結(jié)果與分析結(jié)果一致2000TTT圖6轉(zhuǎn)速波形上

5、圖為異步電機(jī)轉(zhuǎn)速仿真圖形，有圖形可以看出，轉(zhuǎn)速的上升曲線可以近似為一條直線，5s時(shí)的穩(wěn)定速度為1500左右。圖7電磁轉(zhuǎn)矩波形該圖為電磁轉(zhuǎn)矩的仿真圖，由于異步電機(jī)沒(méi)有負(fù)載的存在所以電磁轉(zhuǎn)矩近似為0。SOO450k400-350-3002502C01501005 n0D圖8Uab波形Timeoffset:0圖9Uab實(shí)際輸出波形該圖為Uab實(shí)際輸出波形，符合雙極性SPWM輸出波形的規(guī)律。當(dāng)輸入頻率為40HZ時(shí)，轉(zhuǎn)速輸出波形為下圖所示。1500Timeoffset。圖1040HZ轉(zhuǎn)速波形當(dāng)輸入頻率為30HZ時(shí)，轉(zhuǎn)速輸出波形為下圖所示:圖1220HZ轉(zhuǎn)速波形6.實(shí)驗(yàn)總結(jié)從上圖仿真的波形可以看的出，實(shí)際

6、波形非常接近于理論分析的波形，根據(jù)三相調(diào)制信號(hào)，PWM發(fā)生器產(chǎn)生逆變器驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)逆變器得到頻率跟幅值可調(diào)的三相電壓，使交流電動(dòng)機(jī)按給定的要求起動(dòng)和運(yùn)行。在給定頻率為50Hz,起動(dòng)時(shí)間為5s的情況下，仿真結(jié)果如以上各圖所示，由波形可以得到，在頻率變化的邊界上，正玄調(diào)制的信號(hào)和轉(zhuǎn)速波形都發(fā)生了不同程度的畸變，這是因?yàn)轭l率變化的時(shí)刻不一定發(fā)生在一個(gè)調(diào)制信號(hào)的周期末尾，在周期信號(hào)還未結(jié)束的時(shí)候，頻率就已經(jīng)發(fā)生了跳變，就可能使得下一個(gè)信號(hào)的前半個(gè)周期變得寬或者窄，是相應(yīng)的一周期頻率變小或者變大，觀察圖形可知系統(tǒng)比較穩(wěn)定，并且可以通過(guò)電壓頻率協(xié)調(diào)控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，符合設(shè)計(jì)要求。交流變頻調(diào)速系統(tǒng)是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，但交流變頻