异步电动机带风机泵类负载调压调速docx.docx
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一、设计任务和要求
1）、学习异步电动机调压调速系统的工作原理，掌握闭环系
统结构框图；
2）、学习MATLABS序设计语言和SIMULINK熟悉相关的模
块功能；
3）、利用SIMULINK建立闭环调速系统仿真模型；
4）、利用模型分析调速系统的性能。
二、实验设备
1）、计算机一台
2）、MATLA仿真软件
三、异步电动机调压调速工作原理
调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调
节转子转速的方法。
理论依据来自异步电动机的机械特性方程式：
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其中，p为电机的极对数；
wi为定子电源角速度；
Ui为定子电源相电压；
R'为折算到定子侧的每相转子电阻；
Ri为每相定子电阻；
Lii为每相定子漏感；
Li2为折算到定子侧的每相转子漏感；
S为转差率。
异步电动机转子和定子回路参数是固定的，在转差率恒定时，电
磁转矩和定子电压平方成正比，因此通过改变电机的定子电压就可以实现转速变化。
在恒转矩此方式调速范围较窄，面对风机负载来说，可以得到较大的调速范围，如图1所示。
图中垂直虚线为恒转矩负载线，可以看出调压调速对于恒转矩负载，调速范围很小（A-B-C）,而对于风机类负载调速范围则较大（F-E-D）。
图1异步电动机在不同电压的机械特性
异步电动机调压是一种比较简单的交流电机的调速方法，实现调
压调速的方法有三种，现在采用晶闸管调压调速，如图2所示
图2异步电动机调压调速原理图
采用晶闸管调压调速通常有相位控制方式，相位控制方式是通过改变晶闸管的导通角，来实现调压器输出交流电压值。
四、实验仿真过程
基于转速负反馈控制异步电机调压调速系统主要包括速度闭环、脉冲触发器、三相调压器以及被控交流异步电动机组成。
（一）、三相调压器建模仿真模型
1三相调压器仿真模型
三相调压器由三对并联的晶闸管元件组成，Thyristor（晶闸管），位于Powerelectronicnics库中，采用相位控制方式，利用三相交
流电源自然环流实现关断。
三相调压器仿真模型如图3所示，其中每个晶闸管参数设置为默认值。
三相调压器环节中最为重要部分是三相晶闸管出发顺序，要求触
发脉冲与相应的三相交流电源有一致的相序关系，而且各触发脉冲之
间有一定的相位关系。
因此触发脉冲的顺序为V1-V2-V3-V4-V5-V6，
其中V1-V3-V5之间和V4-V6-V2之间互差120°，V1-V4之间、V3-V6之间、V5-V2之间互差180°。
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图3三相调压器仿真模型
2、6脉冲同步触发器模型
同步电源是将三相电压源的相电压转换成线电压，从而实现6脉
冲触发器所需的三相线电压同步。
三相线电压具体实现是通过
Measurements库中的VoltageMeasurement（电压测量）模块，电压
测量模块可以将电路中两个节点的电压值，并提供其他电路或者用于输出。
6脉冲同步触发器具体的电气连接如图4所示
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图46脉冲同步触发器模型
6脉冲同步触发器有5个输入和1个输出端子，各部分功能如下:
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此端子为触发脉冲触发角控制信号输入；
AB/BC/CA三相电源的三相线电压输入，即VabVbc和Vca;
Block:
触发器控制端，输入为0时开放触发器，输入大于0时圭寸锁触发器；
Pulses:
6脉冲输出信号；
Alpha_deg:
脉冲出发相位角。
将6脉冲同步触发器的模块拖拽到模型窗口，双击该模块，打开
BlockParameters:
Synchronized6-PulseGenerator对话框，如图
5所示。
参数如下：
Frequencyofsynchronizationvoltages（hz）:
同步电压频率（赫
兹）。
Pulsewidth（degrees）:
触发脉冲宽度（角度）。
Doublepulsing:
双脉冲出发选择。
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图56脉冲触发器参数设置
3、开环带电阻模块仿真
将电动机负载改成电阻负载，输出带电阻负载建模如图6所示，
仿真图如图7所示，当改变触发角时调压器对应输出电压也随之
改变。
触发角越大波形的峰值电压越低，输出电压也越低。
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Hc图6带电阻负载建模
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图7a=60°时调压器输出电压
图8a=90°调压器输出电压
（二八异步电动机带风机泵类负载开环调压调速模块
1）、当异步电动机拖动恒转矩负载时，改变定子端电压的人为机械特性，其稳定工作的转差率的变化范围不大。
调速范围也很小。
异步电动机开环调速系统的稳定精度也不高，所以这种开环调压调速系统应用不多，只作为讨论闭环调压调速的仿真基础。
但是当加上风机泵类负载后其调速范围大大增加，未加上速度闭环的开环调压调速模块如图10所示
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图9开环调压调速系统仿真模块
开环时电动机的输出转矩如图11所示，由于电动机加的是很转矩负载，电动机启动时转数迅速升高，转矩波动较大，经过1.5s后当转速上升到1700r时，转速趋于稳定，转矩也逐渐稳定，并且一直稳定在20nm左右。
图10开环转矩
2）、开环仿真模块的仿真图，转速平滑上升，并最终稳定在1700r
左右。
图11a=30。
时，开环仿真转速曲线
图12a=45°时，开环仿真转速曲线
当触发器控制角a=30。
时，电机转数平滑上升并趋于稳定运
行。
由上述几张开环仿真转速图可知，开环系统比较不稳定，受触发
角的影响比较大，输出转速的扰动也比较大，当a=30°时转速上升
迅速，在0.4秒左右转速到达给定值，并稳定在给定值。
随着触发角的增大，当触发角到达45时，转速上升时间约为1.7秒，转速上升时间比较长。
故加上速度负反馈，构成闭环系统。
（三）异步电动机带风机泵类负载闭环调压调速模块
1）调压调速结构图
它与单闭环直流调速系统的静态结构框图非常相似，只要将直流调速系统中的晶闸管整流器、直流电动机换成晶闸管交流调压器（图中的晶闸管调压装置）、异步电动机即可。
2）调压调速系统仿真模型
异步电动机速度负反馈闭环调压调速系统的仿真模型如下所示，将速度给定值（1200）与速度反馈值进行比较，比较后经速度调节器得到控制电压，再将此控制电压输入到触发装置，由触发装置输出来控制晶闸管的导通角，以控制晶闸管输出电压的高低，从而调节了加在定子绕组上电压的大小。
因此，改变速度给定值就改变了电机的转速。
由于采用了速度负反馈从而实现了平稳平滑的无级调速。
同时负
载发生变化时，通过速度负反馈，能制动调整加在定子绕组上的电压
的大小，由速度调节器输出的控制电压使晶闸管触发脉冲迁移，是调
压器的输出电压提高，导致电动机的输出转矩增大，从而使速度回升，
接近给定值
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图14闭环调压调速系统仿真模型
转速负反馈控制异步电机调压调速系统仿真模型参数如下:
仿真参数设置：
仿真算法选择为ode23tb,仿真时间0~5s,其他
为默认值。
3）异步调压调速仿真转速，给定触发器控制角a=30
图15电源电压为220V时，异步电机转速输出曲线
图16电源电压为300V时，异步电机转速输出曲线
图17电源电压为330V时，异步电机转速输出曲线
电动机刚启动时，由于带有恒转矩负载，启动时电机转数有些波动，但一直处于上升阶段，当转速超过1200r时，PI控制器介入，
直到上升到1700r左右时，转速开始下降，逐渐下降到给定值1200r，并稳定在1200r转动。
图18电动机输出转矩
五、课程设计体会：
1）、深刻认识到学习理论知识的重要性，MATLA仿真软件的重要性;
2）、团队合作很重要，一个好的团队可以让设计更加完美，更加有效率；
3）、老师的细心教导让我对专业知识，尤其是MATLAB^件的使用中,收获很大；
4）、在课程设计中，也遇到了很多困难。
经过了团队的仔细研讨克服了困难。
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