基于matlab三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、-. z電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)方向課程設(shè)計(jì)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。設(shè)計(jì)要求1、利用SIMULINK建立閉環(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(kāi)環(huán)系統(tǒng)仿真、閉環(huán)系統(tǒng)仿真。實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、計(jì)算機(jī)一臺(tái)2、MATLAB仿真軟件實(shí)驗(yàn)原理 調(diào)壓調(diào)速即通過(guò)調(diào)節(jié)通入異步電動(dòng)機(jī)的三相交流電壓大小來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法。理論依據(jù)來(lái)自異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式：其中，p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)； w1為定子電源角速度； U1為定子電源相電壓；R2為折算到定子側(cè)的每相轉(zhuǎn)子電阻；R1為每相定子

2、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。圖1 異步電動(dòng)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(shí)，電動(dòng)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(dòng)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(guò)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(gè)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(guò)調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角的大小來(lái)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。T1UaUbUcT2T3T5T4T6RRRN圖2 調(diào)壓電路原理圖2、開(kāi)環(huán)調(diào)

3、壓調(diào)速開(kāi)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(kāi)環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)原理圖AT為觸發(fā)裝置，用于調(diào)節(jié)控制角的大小來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角，控制晶閘管輸出電壓來(lái)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)反應(yīng)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應(yīng)值進(jìn)展比擬，比擬后經(jīng)速度調(diào)節(jié)器得到控制電壓，再將此控制電壓輸入到觸發(fā)裝置，由觸發(fā)裝置輸出來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角，以控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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于采用了速度負(fù)反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。同時(shí)當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)速度負(fù)反應(yīng)，能自動(dòng)調(diào)整加在電

4、動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓大小。由速度調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖前移，使調(diào)壓器的輸出電壓提高，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大，從而使速度上升，接近給定值。圖4 閉環(huán)調(diào)速構(gòu)造圖 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)壓電器的仿真模型圖6 a利用單個(gè)晶閘管元器件搭建的三相交流調(diào)壓器的仿真模型 (b)圖的封裝模型2、調(diào)壓電路的搭建圖7 調(diào)壓電路模型3、參數(shù)的設(shè)定Frequency of synchronization voltages(hz)：同步電壓頻率赫茲50HzPulse width(degrees)：觸發(fā)脈沖寬度角度10Double pulsing：雙脈沖出發(fā)選擇。RLC負(fù)載

5、的參數(shù)設(shè)定：電阻100，電感0H，電容的值為infUA：峰值220v,f為50Hz,初相位為0UB：峰值220v,f為50Hz,初相位為-120UC：峰值220v,f為50Hz,初相位為-2404)電阻負(fù)載的仿真圖形a) 觸發(fā)角為45 b)觸發(fā)角為60圖8 三相交流調(diào)壓器的輸出電壓波形在電阻負(fù)載時(shí)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(shí)調(diào)壓器輸出的波形，圖8b所示為=60時(shí)調(diào)壓器輸出的波形。通過(guò)比擬a)和b)可以發(fā)現(xiàn)，隨著觸發(fā)角的增加，同時(shí)有三個(gè)晶閘管導(dǎo)通的區(qū)間逐步減小，到=60時(shí)，任何晶閘管都只有兩相晶閘管導(dǎo)通。2、異步電動(dòng)機(jī)帶風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載開(kāi)環(huán)調(diào)壓調(diào)速模塊1參數(shù)設(shè)定由

6、公式Tz=kn可推出k=Tz/n電機(jī)參數(shù)額電壓220v 頻率為60Hz 極對(duì)數(shù)為2對(duì)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180v,f為60Hz,初相位為-120UC：峰值180v,f為60Hz,初相位為-240圖9 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)仿真模型1觸發(fā)角為60時(shí)得到的轉(zhuǎn)速圖10=60時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過(guò)程由圖中可以觀察到當(dāng)觸發(fā)角為60時(shí)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1712轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)速在0.9s時(shí)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。2觸發(fā)角為75時(shí)得到的轉(zhuǎn)速圖11=75時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過(guò)程由圖中可以觀察到當(dāng)觸發(fā)角為75時(shí)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1660轉(zhuǎn)/分

7、鐘，轉(zhuǎn)速在1.6s時(shí)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。分析：通過(guò)比擬圖10和圖11的觸發(fā)角為60和80時(shí)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改變電源電壓，電源電壓為150v, 觸發(fā)角為60時(shí)得到的轉(zhuǎn)速圖12 電源電壓為150v =60時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過(guò)程由圖中可以觀察到當(dāng)觸發(fā)角為60時(shí)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1660轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)速在1s時(shí)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。分析：通過(guò)比擬圖11和圖13可以發(fā)現(xiàn)，在一樣的觸發(fā)角不同的電源電壓下，電源電壓的降低會(huì)使轉(zhuǎn)速下降。同時(shí)也可以得到通過(guò)改變電源電壓的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的可行性。3、閉環(huán)調(diào)壓圖13 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)仿真模型異步電動(dòng)機(jī)速度負(fù)反應(yīng)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿

8、真模型如下所示，將速度給定值1200與速度反應(yīng)值進(jìn)展比擬，比擬后經(jīng)速度調(diào)節(jié)器得到控制電壓，再將此控制電壓輸入到觸發(fā)裝置，由觸發(fā)裝置輸出來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角，以控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)反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。同時(shí)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)速度負(fù)反應(yīng)，能制動(dòng)調(diào)整加在定子繞組上的電壓的大小，由速度調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管觸發(fā)脈沖遷移，是調(diào)壓器的輸出電壓提高，導(dǎo)致電動(dòng)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?？刂平钦{(diào)節(jié)范圍0120. 圖14 閉

9、環(huán)轉(zhuǎn)速特性圖14是電壓為180v，轉(zhuǎn)速給定為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(shí)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，轉(zhuǎn)速維持在1420，從中可以得出轉(zhuǎn)速跟隨給定變化。以下是給定1350在1.4S時(shí)給60階躍的轉(zhuǎn)速、控制角、負(fù)載轉(zhuǎn)矩。圖14 轉(zhuǎn)速?gòu)膱D15可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在0.45s時(shí)到達(dá)穩(wěn)定，在0.45s到1.4s時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1350轉(zhuǎn)/分鐘，到1.4s時(shí)給了一個(gè)終值為60的階躍，可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速跟隨給定變化圖15控制角從圖16可以直觀的看到控制角在隨著給定的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。圖17 轉(zhuǎn)矩開(kāi)場(chǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)速為0，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0，反應(yīng)因輸出限幅為-60，經(jīng)60偏置使得輸入控制角為0，定子繞組電壓為電

10、源電壓。隨著轉(zhuǎn)速的上升，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，反應(yīng)在一定范圍內(nèi)依舊為0.經(jīng)0.6秒后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1350，負(fù)載轉(zhuǎn)矩、控制角也保持穩(wěn)定。再過(guò)0.8秒，給定增加60，經(jīng)反應(yīng)，減小控制角，增大電壓提高轉(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(huì)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(lái)比擬簡(jiǎn)單的東西，實(shí)際做起來(lái)的就不像則簡(jiǎn)單了，要考慮諸多參數(shù)的配合。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)檎n題要求是調(diào)壓調(diào)速，所以首先從調(diào)壓器開(kāi)場(chǎng)設(shè)計(jì)，使用利用單個(gè)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)展封裝。先觀察帶電阻負(fù)載時(shí)，調(diào)壓器輸出的波形，通過(guò)修改參數(shù)終于使得調(diào)壓器輸出的波形與理論一樣。接著，異步電動(dòng)機(jī)帶風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載開(kāi)環(huán)調(diào)壓調(diào)速。然后，確定調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，