1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1 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。2 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、開環(huán)系統(tǒng)仿真、閉環(huán)系統(tǒng)仿真。3 設(shè)計(jì)設(shè)備1、計(jì)算機(jī)一臺(tái)2、MATLAB仿真軟件4 設(shè)計(jì)原理 調(diào)壓調(diào)速即通過調(diào)節(jié)通入異步電動(dòng)機(jī)的三相交流電壓大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法。理論依據(jù)來自異步電動(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基本保持不變時(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，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。4.1 調(diào)壓電路 改變加在定子上的電壓是通過交流調(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調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角的大小來調(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4.2

3、 開環(huán)調(diào)壓調(diào)速開環(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)控制角的大小來控制晶閘管的導(dǎo)通角，控制晶閘管輸出電壓來調(diào)節(jié)加在定子繞組上的電壓大小。4.3 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：將速度給定值與速度反饋值進(jìn)行比較，比較后經(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)裝置輸出來控制晶閘管的導(dǎo)通角，以控制晶閘管輸出電壓的高低，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)反饋從而實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)、平滑的無級(jí)調(diào)速。同時(shí)當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過速度負(fù)反饋，能自

4、動(dòng)調(diào)整加在電動(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，從而使速度回升，接近給定值。圖4 閉環(huán)調(diào)速結(jié)構(gòu)圖圖5 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖5 仿真內(nèi)容5.1 調(diào)壓電路5.1.1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5.1.2調(diào)壓電路的搭建圖7 調(diào)壓電路模型5.1.3 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）10Doubl

5、e pulsing：雙脈沖出發(fā)選擇。RLC負(fù)載的參數(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0°UB：峰值220v,f為50Hz,初相位為-120°UC：峰值220v,f為50Hz,初相位為-240°5.1.4 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。通過比較a)和b)可以發(fā)現(xiàn)，隨著觸發(fā)角的增

6、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。5.2 異步電動(dòng)機(jī)帶風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載開環(huán)調(diào)壓調(diào)速模塊5.2.1 參數(shù)設(shè)定由公式Tz=kn ²可推出k=Tz/n ²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.UA：峰值180v,f為60Hz,初相位為0°UB：峰值180v,f為60Hz,初相位為-120°UC：峰值180v,f為60Hz,初相位為-240°圖9 開環(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 =

7、60°時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過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)達(dá)到穩(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)/分鐘，轉(zhuǎn)速在1.6s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。分析：通過比較圖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，從而達(dá)到調(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°

8、;時(shí) 電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的過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)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。分析：通過比較圖11和圖13可以發(fā)現(xiàn)，在相同的觸發(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)也可以得到通過改變電源電壓的大小來實(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)反饋閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如下所示，將速度給定值（1200）與速度反饋值進(jìn)行比較，比較后經(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)裝置輸出來控制晶閘管的導(dǎo)通角，以控制晶閘管輸出電壓的高低，從而調(diào)節(jié)了加在定子繞組上電壓的大小。因此，改變速

9、度給定值就改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于采用了速度負(fù)反饋從而實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)平滑的無級(jí)調(diào)速。同時(shí)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，通過速度負(fù)反饋，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，從而使速度回升，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)達(dá)到穩(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)

10、矩。圖14 轉(zhuǎn)速從圖15可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在0.45s時(shí)達(dá)到穩(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)矩開始時(shí)，轉(zhuǎn)速為0，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0，反饋因輸出限幅為-60，經(jīng)60偏置使得輸入控制角為0，定子繞組電壓為電源電壓。隨著轉(zhuǎn)速的上升，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，反饋在一定范圍內(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0.8秒，給定增加60，經(jīng)反饋，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。6 總結(jié)體會(huì)在這次課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)到很多東西，有些表面上看起來比較簡單的事情，實(shí)際做起來卻非常的困難，不但要考慮諸多參數(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)壓器開始設(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)行封裝。先觀察帶電阻負(fù)載時(shí)，調(diào)壓器輸出的波形，通過修改參數(shù)終于使得調(diào)壓器輸出的波形與理論相同。接著，異步電動(dòng)機(jī)帶風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載開環(huán)調(diào)壓調(diào)速。然后，確定調(diào)速系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速