1、精選優質文檔-傾情為你奉上轉速開環恒壓頻比控制的交流異步電動機調速系統仿真專業：學號：姓名：摘  要 異步電動機的變壓變頻調速系統一般簡稱為變頻調速系統。由于在調速是轉差功率不隨轉速而變化，調速范圍寬，無論高速還是低速是效率都較高，在采取一定的技術措施后能實現高動態性能，可與直流調速系統媲美。因此現在它的應用面很廣，目前交流異步電動機的調速系統已經廣泛應用于數控機床、風機、泵類、傳送帶、給料系統、空調器等設備的電力源和動力源，并起到了節省電能，提高設備自動化，提高產品質量的良好效果. 本文對交流系統進行建模仿真，可以更加熟悉交流調速系統的結構，掌握各種調速系統的優

2、缺點，選擇合理的方案，解決實際中的問題。文章在詳細分析交流異步電動機變頻調速的原理基礎上，應用MATLAB/SIMULINK仿真軟件，實現了轉速開環恒壓頻比控制的交流異步電動機調速系統的仿真，并且詳細分析了仿真結果。 仿真原理轉速開環恒壓頻比控制室交流電動機變頻調速最基本的控制方式，一般變頻調速裝置都帶有這項功能，恒壓頻比的轉速開環工作方式能滿足大多數場合交流異步電動機調速控制的要求，并且使用更方便，是通用變頻器的基本方式。采用恒壓頻比控制，在基頻以下的調速過程中可以保持電動機氣隙磁通基本不變，在恒定負載情況下（恒轉矩），電動機在變頻調速過程中的轉差率基本不變，所以電動機的機械特性較

3、硬，電動機有較好的調速性能。但是如果頻率較低，定子阻抗壓降所占的比重較大，電動機就很難保持氣隙磁通不變，電動機的最大轉矩將所頻率的下降而減小。為了使電動機在低頻低速時仍有較大的轉矩，在低頻時應適當提高釘子電壓（低頻電壓補償）使電動機在低頻時仍有較大的轉矩。MATLAB介紹：MATLAB的含義是矩陣實驗室（MATRIX LABORATORY），主要用于方便矩陣的存取，其基本元素是無須定義維數的矩陣。MATLAB自問世以來,就是以數值計算稱雄。MATLAB進行數值計算的基本單位是復數數組（或稱陣列），這使得MATLAB高度“向量化”。經過十幾年的完善和擴充，現已發展成為線性代數課程的標準工具。由于

4、它不需定義數組的維數，并給出矩陣函數、特殊矩陣專門的庫函數，使之在求解諸如信號處理、建模、系統識別、控制、優化等領域的問題時，顯得大為簡捷、高效、方便，這是其它高級語言所不能比擬的。美國許多大學的實驗室都安裝有MATLAB供學習和研究之用。在那里,MATLAB是攻讀學位的大學生碩士生、博士生必須掌握的基本工具。MATLAB中包括了被稱作工具箱（TOOLBOX）的各類應用問題的求解工具。工具箱實際上是對MATLAB進行擴展應用的一系列MATLAB函數（稱為M文件），它可用來求解各類學科的問題，包括信號處理、圖象處理、控制系統辨識、神經網絡等。隨著MATLAB版本的不斷升級，其所含的工具箱的功能也

5、越來越豐富，因此，應用范圍也越來越廣泛，成為涉及數值分析的各類工程師不可不用的工具。 MATLAB5.3中包括了圖形界面編輯GUI，改變了以前單一的“在指令窗通過文本形的指令進行各種操作”的狀況。這可讓使用者也可以象VB、VC、VJ、DELPHI等那樣進行一般的可視化的程序編輯。在命令窗口（matlab command window）鍵入simulink，就出現(SIMULINK) 窗口。以往十分困難的系統仿真問題，用SIMULINK只需拖動鼠標即可輕而易舉地解決問題，這也是近來受到重視的原因所在。在SIMULINK的仿真過程中選擇合適的算法是很重要的，仿真算法是要求常微分方程，傳遞函數，狀態

6、方程解的數值計算方法，這些方法主要有歐拉法，阿達姆斯法，這些算法都主要建立在泰勒級數的基礎上。歐拉法是最早出現的一種數值計算方法，它是數值計算的基礎，它用矩形面積來近似積分計算，歐拉法比較簡單，但精度不高，現在已經較少使用。阿達姆斯法是偶拉法的改進，它用梯形面積近似積分算法，所以也稱梯形法，梯形法計算每步都需要經過多次的迭代，計算量較大，采用預報-校正后迭代一次，計算量減少，但是計算時要用其他算法來計算計算開始的幾步。SIMULINK匯集了各種求解常微分方程數值的方法，這些方法分為二大類，可變步長類算法和固定步長類的算法。異步電動機的恒壓恒頻調速原理分析異步電動機的變頻調速系統基本控制方式是變

7、壓變頻，在基頻以下采用恒壓頻比帶定子壓降補償的控制方式，基本上要保持磁通在各級轉速上都為恒值。可以通過研究這種控制方式下的穩態機械特性，來進一步研究電壓和頻率如何協調控制才能獲得理想的穩態性能。1恒壓恒頻時的電動機的機械特性當定子電壓 和角頻率 都為恒定值時，異步電動機的機械特性方程可以改寫為 （41）當s 很小的時候，可忽略分母中含s 各項，則 （42）當s 很小的時候，轉矩近似與s 成正比，機械特性=f（s）是一段直線；當s接近1時。可忽略（42）式分母中的 則 （43）即s 接近1時，轉矩近似與s成反比，這時 =f（s）是對稱于原點的一段雙曲線當 s為以上兩段的中間數值時，機械特性從直線

8、過度到雙曲線圖 恒壓頻比的異步電動機的機械特性2 恒壓頻比控制下的機械特性異步電動機帶載穩態運行時，由式（41）的 （44）此式表明，對于同一負載要求，即以一定的轉速 在一定的負載轉矩 下運行時，電壓和頻率可以有多種組合，其中恒壓頻比（恒值）最容易實現的。它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能滿足一般的調速要求。但是低速帶載能力還較差，需對定子壓降實行補償為了近似的保持氣隙磁通不便，以便充分利用電機鐵心，發揮電機產生轉矩的能力，在基頻以下采用恒壓頻比控制，實行恒壓頻比控制時，同步轉速自然也隨著頻率變化 （45） 因此帶負載時的轉速降落為 在式（42）中所表示的機械特性近似直線段上。可

9、以導出 （46） 由此可見，當為恒值時，對同一轉矩，是基本不變的，因而也是基本不變的，也就是說，在恒壓頻比條件下改變頻率時，機械特性基本上是平行下移的，它們和直流他激電機調速時特性變化情況近似，所不同的是，當轉矩達到最大值以后，轉速再降低，特性就折回來了。而且頻率越低的時候轉矩越小對前式整理可得出為恒值時最大轉矩隨角頻率的變化關系為 （47）可見，是隨著的降低而減小的，頻率很低時，太小將限制調速系統的帶載能力，采用定子壓降補償，適當提高電壓 可以增強帶載能力。小結變頻調速是最有發展前途的一種交流調速方式，長期以來,雖然變頻調速性能優良，但由于缺乏理想的變頻器而未獲得廣泛應用。直到晶閘管及大功率

10、晶體管等半導體電力開關問世以后，由于它們具有接近理想開關元件的性能 （通態壓降小，斷態阻抗大，開關時間短等），促使各種靜止變頻器得到了迅速的發展，并在工業上得到了推廣應用。特別是電力半導體器件制造工藝的成就并與電子技術相結合，促使變頻裝置向大容量.高性能的方向發展，在價格和性能上已可與直流拖動相媲美了。國內亦有少量的產品間世，但由于元件制造水平低，價格較昂貴，加上技術上要求復雜，故限制了它的推廣應用。但是可以預期，隨著生產與技術水平的提高，變頻調速將在一些領域逐步取代直流調速系統。目前主要在以下場合優先考慮采用變頻調速：(1)多臺電機同步拖動。如輥道.化纖工業中的紡絲機等；(2)由于環境所限，

11、必須采用封閉式鼠籠電動機且要求有較大調速范圍的設備，如原子能及化工企業中的某些設備；(3)進行無齒輪傳動的某些低速大容量設備，如球磨機.軋鋼機等；(4)高速傳動機械，如某些磨床，可以采用高頻變頻電源供電；(5)改造鼠籠式異步電動機拖動的風機.泵類機械，以節約能源；(6)大容量同步電動機的低頻起動。變頻調速系統的核心環節是變頻器。目前常用的變頻器有交直一交變頻器，交交變頻器以及PWM型變頻器。其中脈寬調制(PWM)型多重化電流型及交交變頻器有上升的趨勢。變頻器所用的電力半導體器件正向著模塊化.快速化.光控化.高耐壓，大電流化，自關斷化和高可靠性化方向發展;變頻調速正向著高性能，高精度，大容量,微

12、型化，數字化和理想化方向發展。本章主要介紹了變頻調速的基本控制方式，并通過不同規律進行電壓，頻率協調控制時的穩態機械特性，分析變頻調速的原理。恒壓頻比變頻調速系統原理圖 圖1壓頻比變頻調速系統原理圖恒壓頻比變頻調速系統的基本原理結構如圖1所示，統由升降速時間設定，u/f曲線，SPWM調制和驅動等環節組成。其中升降速時間設定用來限制電動機的升頻速度，避免轉速上升過快而造成電流和轉矩的沖擊，起軟啟動控制的作用。u/f曲線用于根據頻率確定相應的電壓，以保持壓頻比不變，并在低頻時進行適當的電壓補償。SPWM和驅動環節將根據頻率和電壓要求產生按正弦脈寬調制的驅動信號，控制控制逆變器以實現電動機的變壓變頻

13、調速。恒壓頻比變頻調速系統的仿真模型圖2恒壓頻比變頻調速系統的仿真模型由圖2知，從simulink庫中找出各個模塊，其中給定積分器GI中的Gain設置參數為1e4，Saturation設置為-10+10，取整模塊設為round，仿真算法用Ode23tb，逆變器直流側電壓為514V，PWM發生器中的載波頻率為1500Hz，仿真精度為1e-3。放大器的放大倍數設為1e4；saturation為-10到+10；取整模塊設為round；變器直流側電壓為514V，用IGBT；交流異步電機為鼠籠式；PWM發生器中的載波頻率為1500Hz；仿真精度為1e-3，仿真算法用Ode23tb。根據三相調制信號，由P

14、WM發生器產生逆變驅動脈沖，經逆變器得到頻率和幅值可調的三相電壓，使交流電機按給定要求啟動和運行。給定積分GI的分支模塊圖3給你積分GI分支模塊GI模塊用于設定啟動曲線。其中放大器的作用是使積分時間常數不受放大器輸入偏差大小的影響，所以放大倍數可以取大一些，本例中放大倍數取為10000。限幅器用于設定積分時間常數，調節限幅器的上下限可以調節給定積分器輸出曲線的上升斜率。由波形可知，系統穩定，并且可以通過電壓頻率協調控制調節轉速，符合設計要求。交流變頻調速系統是恒轉矩調速，但交流變頻調速調速范圍比較大，調速性能比較好，效率也更高。交流調頻調速屬于轉差不變型調速系統，無論轉速高低，轉差功率的消耗基

15、本不變。所以變頻調速應用更廣，可以構成高動態性能的交流調速系統，取代直流仿真結果：在給定頻率為50Hz，啟動時間為5s的情況下，仿真結果如下圖所示： 圖：1 轉速波形圖2：逆變器輸出線電壓 圖：3 轉速轉矩特性 圖：4 轉速波形 圖5：逆變器輸出電壓（瞬時值） 圖：6 正弦調制信號 圖：7 頻率上升曲線九：心得體會：通過matlab解到了電力電子變流技術在實際生活中的重要作用，并且通過實際運用Matlab仿真軟件建立電力電子功能電路模型實現功能的仿真，對常用的功率電力二極管、晶閘管、全控型器件可關斷晶閘管、絕緣柵極雙極型晶體管等電力電子器件在MATLAB中的實現以及電力電子中幾種常用到的變換器與仿真實現過程有了實際的體驗。 我更加深刻的了解到直流斬波電路的功能及