课程设计基于MATLAB的恒压频比控制的异步电动机调速系统仿真.docx

唐山学院
《自动控制系统》课程设计
题目基于MATLAB的恒压频比控制
的异步电动机调速系统仿真
系(部) 智能与信息工程学院
班级 14电本1班
姓名
学号
指导教师吕宏丽
2017 年 12 月 18 日至 12 月 22 日共 1 周
2017年 12月 22 日
课程设计成绩评定表
出勤
情况
出勤天数
缺勤天数
成
绩
评
定
出勤情况及设计过程表现(20分)
课设答辩(20分)
设计成果(60分)
总成绩(100分)
提问
(答辩)
问题
情况
综
合
评
定
指导教师签名:
年月日
目录
1 引言 1
2 系统设计方案的研究 2
异步电动机的控制特性 2
恒压频比控制原理 3
SPWM调制原理 4
恒压频比控制系统的基本组成和工作原理 5
基于恒压频比控制的异步电动机变频调速系统的仿真 5
MATLAB介绍 5
仿真模块的搭建及参数设置 6
3 仿真结果 11
4 总结 13
参考文献 14
引言
异步电动机作为一种动力来源,因其结构简单、成本低、维护方便、坚固耐用以及适合各种复杂工作环境而被广泛应用于工业生产和日常生活中。异步电动机作为主要的传动元件和执行元件以及用电量最多的电气设备,其调速性能关系着各个行业的发展,在提高劳动生产率和产品质量及节能环保方面有着很大的影响。电动机调速性能的好坏取决于控制装置的控制效率,控制部分是电机调速系统的核心,针对不同电动机调速性能的要求,设计合理的调速控制系统是我们当前迫切的任务。电动机和控制装置一起合成电力传动自动控制系统,以直流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称为直流调速系统;以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称为交流调速系统。
随着变频调速技术的广泛应用,异步电动机变频调速系统的研究与设计必将成为人们关注的焦点,传统的控制系统研究方法有分析法、实验法和仿真验证。对于交流异步电动机来说它本身是一个变量多、稱合强、非线性的复杂系统,加上控制装置的结构非常繁琐,如果直接对实际的异步电机变频调速系统进行试验,存在调试困难费时费力成本高且开发效率低等特点;另外分析法对此也达不到预期的要求;故在研究过程中运用一定的计算机仿真软件对整个调速系统的运行机理、控制方式的合理性进行仿真验证和研究,使用这种方式不仅经济,而且可靠安全,研发周期短。目前,MATLAB仿真软件备受大家青睐,大多系统仿真都是通过MATLAB进行的,它可以把各种实际系统用虚拟的模型直观地表现出来,并且利用MATLAB/SIMULINK搭建系统模型,调整仿真参数,保存运行后得到仿真结果并以此分析。
本次课程设计就是基于MATLAB的恒压频比控制的异步电动机调速系统仿真,在交-直-交变频器部分采用SPWM调制方法。
系统设计方案的研究
异步电动机的控制特性
根据异步电动机转速公式:
n=n1(1-s)=60ƒ1p(1-s) (2-1)
其中:n为转子转速;n1为同步转速;f1为电源频率;s为转差率;p为电机极对数。
可以从以下几个方面实现调速:
(1)改变同步转速n1改变极对数:变极调速改变电源频率:变频调速
(2)改变转差率s:改变电源电压:调压调速转子串电阻调速(绕线式)
其中变频调速是目前比较提倡的一种调速方式,而变极调速、变转差率调速等方式有优点也有一定的局限性,本文对其不展开赘述,只针对变频调速进行研究。变频调速就电机的数学模型不同分为基于电动机稳态数学模型和动态数学模型的不同控制方法,下面首先介绍变频器的整体结构。
图 21 变频器主电路图
变频器主要由电力半导体器件组成,通过控制电路对器件的通断进行控制,实现将工频电源变换成另一种频率的电源,以达到对电动机调速控制的目的。从结构上看,变频器主要分为交交变频器和交直交变频器两种。交交变频器是由正、负两组整流器反并联组成,中间无直流环节,釆用晶闹管自然环流的方式直接输出交流电流,变频效率高,主电路简单,但其功率因数低,高次谐波多,输出频率变化范围窄等使之应用受到一定限制。交直交变频器是由整流器、滤波系统和逆变器组成,功能是将恒定的交流电交换为可调电压、可调频率的交流电,中间滤波环节采用电容器或电抗器对整流后的电压或电流进行滤波,这种变频器虽然多了一个中间直流
环节,增加了电路的复杂性,但其调频范围广。目前主要采用这种由组成的交直交变频器实现调压调频,其整体结构如Error! Reference source not 。
恒压频比控制原理
由式(2-1)可知,如果连续的改变异步电动机的转速就会随之变化。电机调速的目的就是