1、華僑大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)課程設(shè)計(jì)主題：異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速M(fèi)ATLAB仿真班級(jí)：電氣c班學(xué)位：學(xué)生名稱：朱少斌指導(dǎo)老師：黃老師2013年5月4日一、設(shè)計(jì)任務(wù)1 .了解并熟悉雙閉環(huán)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速原理和結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)SIMULINK，精通相關(guān)模塊的功能。3 .進(jìn)一步理解電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)在交流調(diào)壓系統(tǒng)中的作用。二、設(shè)計(jì)要求利用SIMULINK建立閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。2、調(diào)節(jié)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。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備一臺(tái)電腦。2、MATLAB模擬軟件四、實(shí)驗(yàn)原理調(diào)壓調(diào)速是通過(guò)調(diào)節(jié)向異步電動(dòng)機(jī)通電的三相交流電壓的大小來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的方法。 理論基于來(lái)自異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式這里

2、，p是電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)w1是定子電源角速度U1是定子電源相電壓R2是換算成定子側(cè)的各相的轉(zhuǎn)子電阻R1是各相定子電阻l1是各相定子的泄漏感L12是換算成定子側(cè)的各相的轉(zhuǎn)子泄漏感s是滑坡率。圖1異步電動(dòng)機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性從電機(jī)原理可以看出，當(dāng)滑動(dòng)率s幾乎恒定時(shí)，電機(jī)的電磁扭矩與定子電壓的平方成比例。 因此，通過(guò)改變定子電壓，可以得到不同的人為機(jī)械特性，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。1 .調(diào)壓電路改變施加在定子上的電壓是通過(guò)交流穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)的。 現(xiàn)在廣泛采用的交流調(diào)節(jié)器由晶閘管等器件構(gòu)成。 在三相交流電源和三相定子線圈之間連接三個(gè)雙向晶閘管，通過(guò)調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角的大小來(lái)調(diào)整施加在定子線圈兩端的端

3、子電壓。 在這里采用三相全波星形連接的調(diào)壓電路。T1尤耶美國(guó)超級(jí)聯(lián)賽美聯(lián)社T2T3T5T4T6rrrn圖2調(diào)壓電路的電路圖2 .開(kāi)環(huán)調(diào)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)構(gòu)成。 電路圖如下所示。圖3開(kāi)環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)的概念圖AT是觸發(fā)裝置，調(diào)節(jié)控制角的大小來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通角，控制晶閘管的輸出電壓，調(diào)節(jié)施加到定子線圈上的電壓的大小。3 .閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的工作原理：將速度給定的值與速度反饋值進(jìn)行比較，經(jīng)由速度調(diào)節(jié)器得到控制電壓，將該控制電壓輸入到觸發(fā)裝置，由觸發(fā)裝置的輸出控制晶閘管的導(dǎo)通角，控制晶閘管的輸出電壓的高低，施加到定子線圈上的電流因此，如果改變速度的規(guī)定值

4、，馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度就會(huì)改變。 由于采用了速度負(fù)反饋，實(shí)現(xiàn)了平滑、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。 同時(shí)負(fù)載變化的情況下，通過(guò)速度負(fù)反饋，可以自動(dòng)調(diào)整施加于電動(dòng)機(jī)定子線圈的電壓的大小。 從速度調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管的觸發(fā)脈沖前進(jìn)，使調(diào)節(jié)器的輸出電壓上升，增大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，使速度恢復(fù)，接近規(guī)定值。圖4閉環(huán)調(diào)速結(jié)構(gòu)圖圖5閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的概念圖五、模擬內(nèi)容1 .調(diào)壓電路1 )、調(diào)壓電器的仿真模型圖6 (a )使用單一晶閘管部件構(gòu)建的三相交流調(diào)節(jié)器的模擬模型(b )圖的封裝模型2 )、調(diào)壓電路的構(gòu)筑圖7調(diào)壓電路模型3 )、參數(shù)的設(shè)定頻率同步電壓(Hz ) :同步電壓頻率(hz)50hz脈沖寬度(度) :觸發(fā)脈沖寬

5、度(角度) 10雙脈沖：用雙脈沖進(jìn)行選擇。RLC負(fù)載的參數(shù)設(shè)定：電阻100、電感0H、電容器的值0FUA :峰值220v，f為50Hz，初始相位為0UB :峰值220v，f為50Hz，初始相位為-120UC :峰值220v，f為50Hz，初始相位為1204 )電阻負(fù)載的模擬模式a )觸發(fā)角為45 b )觸發(fā)角為60圖8三相交流穩(wěn)壓器的輸出電壓波形電阻負(fù)載時(shí)的三相交流調(diào)節(jié)器的輸出電壓模擬結(jié)果如圖8所示。 其中，圖8a示出了=45時(shí)的調(diào)節(jié)器輸出的波形，圖8b示出了=60時(shí)的調(diào)節(jié)器輸出的波形。 如果比較a )和b )，隨著觸發(fā)角變大，3個(gè)晶閘管導(dǎo)通的區(qū)間逐漸變小，當(dāng)=60時(shí)，可知所有的晶閘管都只有2

6、相晶閘管導(dǎo)通。2 .帶異步電動(dòng)機(jī)風(fēng)機(jī)的泵類負(fù)載開(kāi)環(huán)調(diào)壓調(diào)速模塊1 )參數(shù)設(shè)定可以從公式Tz=kn中計(jì)算出k=Tz/n電機(jī)參數(shù)額定電壓220v的頻率是50Hz極對(duì)數(shù)2對(duì)容量2238VA同步轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/分鐘可以計(jì)算k=0。UA :峰值180v，f為60Hz，初始相位為0UB :峰值180v，f為60Hz，初始相位為-120UC :峰值180v，f為60Hz，初始相位為120圖9開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的仿真模型1 )觸發(fā)角為60時(shí)得到的轉(zhuǎn)速圖10 =60時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過(guò)程從圖中可以看出，當(dāng)觸發(fā)角為60時(shí)，轉(zhuǎn)速以1712轉(zhuǎn)/分鐘穩(wěn)定，并且轉(zhuǎn)速以0.9s穩(wěn)定。2 )觸發(fā)角為75時(shí)得到的轉(zhuǎn)速圖11 =75時(shí)

7、的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過(guò)程從圖中可以看出，當(dāng)觸發(fā)角為75時(shí)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1660轉(zhuǎn)/分鐘，而轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在1.6s。分析：可以看出，將圖10和圖11的觸發(fā)角與60和80比較，隨著變大，輸出電壓降低，旋轉(zhuǎn)速度降低，實(shí)現(xiàn)了調(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)的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過(guò)程從圖中可以看出，當(dāng)觸發(fā)角為60時(shí)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為1660轉(zhuǎn)/分鐘，而轉(zhuǎn)速穩(wěn)定為1s。分析：比較圖11和圖13可知，在相同觸發(fā)角不同的電源電壓下，電源電壓的降低使旋轉(zhuǎn)速度降低。 同時(shí)，還可以通過(guò)改變電源電壓的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。3 .閉環(huán)調(diào)壓圖13閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真模

8、型異步電動(dòng)機(jī)速度負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如下所述，比較速度給定值(1200 )和速度反饋值，比較后經(jīng)由速度調(diào)節(jié)器得到控制電壓，將該控制電壓輸入到觸發(fā)裝置中，用觸發(fā)裝置的輸出控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而控制晶閘管的導(dǎo)通角因此，如果改變速度的給定值，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)改變。 通過(guò)采用速度負(fù)反饋，實(shí)現(xiàn)了平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速。 同時(shí)，負(fù)載變化的情況下，通過(guò)速度負(fù)反饋，可以用制動(dòng)器調(diào)整施加于定子線圈的電壓的大小，從速度調(diào)節(jié)器輸出的控制電壓使晶閘管的觸發(fā)脈沖轉(zhuǎn)變，調(diào)節(jié)器的輸出電壓上升，電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩增大，速度恢復(fù)，接近規(guī)定值。PI設(shè)定：比例環(huán)4、電流環(huán)0.1、輸出限制60，-60?？刂平嵌日{(diào)節(jié)范圍0120 .圖1

9、4閉環(huán)轉(zhuǎn)速特性圖14示出了電壓180v，旋轉(zhuǎn)速度1420，從該圖可以看出，旋轉(zhuǎn)速度1420，旋轉(zhuǎn)速度穩(wěn)定在0.5s，旋轉(zhuǎn)速度保持在1420，并且旋轉(zhuǎn)速度跟隨恒定的變化。然后，1350以1.4S施加60步的旋轉(zhuǎn)速度、控制角、負(fù)載扭矩。圖14轉(zhuǎn)速?gòu)膱D15可以看出，旋轉(zhuǎn)速度在0.45s處穩(wěn)定，在0.45s到1.4s處旋轉(zhuǎn)速度在1350旋轉(zhuǎn)/分鐘處穩(wěn)定，在1.4s處給出最終值為60的步長(zhǎng)，并且旋轉(zhuǎn)速度遵循規(guī)定的變化圖15控制角從圖16可以直觀地看到控制角根據(jù)預(yù)定的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)了調(diào)速。圖17扭矩最初，轉(zhuǎn)速為0，負(fù)載扭矩為0，反饋的輸出極限為-60，因此，偏置60時(shí)輸入控制角為0，定子線圈電壓為電

10、源電壓。 隨著轉(zhuǎn)速的上升，負(fù)載扭矩增大，反饋在一定范圍內(nèi)0.0.6秒后，轉(zhuǎn)速也穩(wěn)定在1350，負(fù)載扭矩、控制角也穩(wěn)定。 還有0.8秒，規(guī)定的增加60，經(jīng)過(guò)反饋，減小控制角，增大電壓提高旋轉(zhuǎn)速度，增大負(fù)載扭矩，穩(wěn)定在1.6秒。六、總結(jié)體會(huì)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，課題是調(diào)壓調(diào)速，因此首先從調(diào)壓器上設(shè)計(jì)，并利用單個(gè)晶閘管部件的三相交流調(diào)壓器的仿真模型，對(duì)該模塊進(jìn)行封裝。 如果先觀察帶電阻負(fù)載，則調(diào)節(jié)器輸出的波形通過(guò)修正參數(shù)，調(diào)節(jié)器輸出的波形與理論相同。 然后，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)帶鼓風(fēng)機(jī)的泵類負(fù)載進(jìn)行開(kāi)環(huán)調(diào)壓調(diào)速。 然后決定調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的負(fù)反饋調(diào)整，大大提高了系統(tǒng)的性能。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我對(duì)matlab的simulink模塊