基于malab对电机的模拟三相异步电机调速性能分析模拟.doc

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1、安徽建筑工业学院 毕业设计（论文）摘 要现代交流调速技术被誉为20世纪后期人类社会重大技术进步之一,在电机电气传动领域产生了巨大的社会效益.进入21世纪,交流调速技术继续作为电气传动系统的主要研究课题之一。MATLAB是新一代的科学与工程计算软件，已经成为全球应用最广泛最流行的软件之一。现在的MATLAB已经不仅仅是一个矩阵实验室，它已经成为了一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言，它在高校和研究部门扮演着重要的角色。MATLAB不仅具有传统的交互编程功能，而且提供了丰富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据处理、信号与图象处理等工具，其功能也越来越强大。 本文运用MATLAB模拟三相异步电机

2、调速特性，使繁琐的数学处理工作的效率大大加快。计算确定电机的磁路、参数、运行性能和起动性能的计算。并做出相对应的实验，验证所得参数的正确性。通过电磁计算所得的电机性能指标必须符合国家标准或设计任务书的要求，否则应进行调整。在电磁计算过程中一般选择若干个不同的方案同时进行，然后通过分析比较选择最佳方案。说明MATLAB非常适合电气设计的仿真实验。关键词：MATLAB；仿真Simulink；交流调速AbstractThe modern AC variable speed technology known as the late 20th century, human society is one

3、of major technological advances in the field of electric drive motors produce enormous social benefits. Into the 21st century, AC variable speed electric drive system to continue as a major research topic one. MATLAB is a new generation of scientific and engineering computing software, has become th

4、e worlds most widely used as one of the most popular software. MATLAB now has more than just a matrix laboratory, it has become a broad prospect of new high-level computer programming language, its universities and research play an important role. MATLAB not only traditional interactive programming

5、capabilities, and provides a rich and reliable matrix operations, graphics rendering, data processing, signal and image processing tools, and its function more and more powerful. In this paper, MATLAB simulation of three-phase induction motor drive characteristics, so that the complicated mathematic

6、al treatment efficiency greatly accelerated. Determine the motors magnetic circuit calculation, parameters, performance and starting performance calculation. And make corresponding experiments to verify the correctness of derived parameters. Calculated by electromagnetic motor performance indicators

7、 must comply with national standards or requirements of the design plan, or should be adjusted. Electromagnetic calculation generally select a number of different programs simultaneously, and then choose the best option analysis and comparison. Description MATLAB is designed for electrical simulatio

8、n. Keywords: MATLAB; simulation Simulink; AC variable speed 44目 录摘 要IAbstractII第1章引 言11.1引言11.2异步电机概述21.3系统仿真技术概述21.4仿真软件的发展状况与应用31.5MATLAB概述31.6Simulink概述51.7小结6第2章三相异步电机原理72.1旋转磁场72.2同步转速82.3三相异步电动机的工作原理92.4三相异步电动机调速特性102.4.1变极调速102.4.2变频调速122.4.3调节转差能耗调速13第3章仿真系统设计163.1系统对象163.2系统分块163.3系统仿真图183.

9、3.1变频调速仿真图183.3.2转子绕组串电阻调速仿真图213.3.3调压调速仿真图24第4章异步电动机转子绕组串电阻调速实验29第5章结 论32参 考 文 献33致 谢34附 录35第1章 引 言1.1 引言世界工业进步的一个重要因素是过去几十年中工厂自动化的不断完善。在上个世纪70年代初叶，席卷全球世界先进工业国家的石油危机，迫使他们投入大量人力和财力去研究高效高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源。经过十年左右的努力，到了80年代大见成效，高性能交流调速系统应用的比例逐年上升，能源危机从而得以缓解。从此以后，高性能交流电机的研究从未再停止过。而且众所周知，电机的数学模型是多变量、强耦

10、合的非线性系统。对非线性系统中的混沌和分支现象的研究是当前非线性科学研究的热点，在理论上、计算机仿真以及实验上都有了一些研究成果，提出了一些方法。但要从理论上研究一个非线性动力系统，一般比较困难，我们往往希望在保持其动力学特性的基础上，将其简化。要简化一个动力系统，有两条途径：一是减少系统的维数；二是消除非线性。MATLAB是国际上仿真领域最权威、最实用的计算机工具。它是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件，被誉为“巨人肩上的工具”。MATLAB是一种应用于计算技术的高性能语言。它将计算，可视化和编程结合在一个易于使用的环境中，此而将问题解决方案表示成我们

11、所熟悉的数学符号。在大学环境中，它作为介绍性的教育工具，以及在进阶课程中应用于数学，工程和科学。在工业上它是用于高生产力研究，开发，分析的工具之一。Simulink是用于仿真建模及分析动态系统的一组程序包，它支持线形和非线性系统，能在连续时间，离散时间或两者的复合情况下建模。系统也能采用复合速率，也就是用不同的部分用不同的速率来采样和更新。利用MATLAB来仿真电机的运行情况，可以帮助研究者更好更方便的了解三相异步电机调速特性，以便进一步改善其效率。1.2 异步电机概述交流电机有异步电机和同步电机两大类。同步电机的转速与所接电网频率之间存在一种严格不变关系，异步电机则不然，并无此种关系。异步电

12、机的定子绕组接上电源以后，由电源供给励磁电流建立磁场，依靠电磁感应作用，是转子绕组感生电流，产生电磁转矩，以实现机电能量转换。因其转子电流是由电磁感应作用而产生的，因而也称感应电机。异步电机一般都作电动机用，因为异步发电机性能较差。异步电动机在工农业、交通运输、国防工业以及其他各行各业中应用非常广泛。其原因在于和其他各种电机比较，它具有结构简单、制造方便、运输可靠、价格低廉等一系列优点，特别是和同容量的直流电动机相比，异步电动机的重量约为直流电动机的一半，而其价格仅为直流电动机的1/3。但是，异步电动机也有一些缺点，最主要的是：不能经济地实现范围较广的平滑调速；必须从电网吸取滞后的励磁电流，使

13、电网功率因数变坏。总的来说，由于大多数的生产机械并不要求大范围的平滑调速，而电网的功率因数又可以采取其他办法来进行补偿，因此，三相异步电动机仍不失为电力拖动系统中一个极为重要的原件。1.3 系统仿真技术概述系统是由客观世界中实体与实体间的相互作用和相互依赖关系构成的具有某种特定功能的有机整体。系统的分类方法是多种多样的，习惯上依照其应用范围可以将系统分为工程系统和非工程系统。工程系统的含义是指由相互关联部件组成的一个整体，以实现特定的目的。例如电机驱动自动控制系统是由执行部件、功率转换部件、检测部件所组成，用它来完成电机的转速、位置和其他参数控制的某个特定目标。非工程系统的定义范围很广，大至宇

14、宙，小至原子，只要存在着相互关联、相互制约的关系，形成一个整体，实现某种目的的均可以认为是系统。如果想定量地研究系统地行为，可以将其本身的特性及内部的相互关系抽象出来，构造出系统的模型。系统的模型分为物理模型和数学模型。由于计算机技术的迅速发展和广泛应用，数学模型的应用越来越普遍。系统的数学模型是描述系统动态特性的数学表达式，用来表示系统运动过程中的各个量的关系，是分析、设计系统的依据。从它所描述系统的运动性质和数学工具来分，又可以分为连续系统、离散时间系统、离散事件系统、混杂系统等。还可细分为线性、非线性、定常、时变、集中参数、分布参数、确定性、随机等子类。系统仿真是根据被研究的真实系统的数

15、学模型研究系统性能的一门学科，现在尤指利用计算机去研究数学模型行为的方法。计算机仿真的基本内容包括系统、模型、算法、计算机程序设计与仿真结果显示、分析与验证等环节。1.4 仿真软件的发展状况与应用早期的计算机仿真技术大致经历了几个阶段：20世纪40年代模拟计算机仿真；50年代初数字仿真；60年代早期仿真语言的出现等。80年代出现的面向对象仿真技术为系统仿真方法注入了活力。我国早在50年代就开始研究仿真技术了，当时主要用于国防领域，以模拟计算机的仿真为主。70年代初开始应用数字计算机进行仿真。随着数字计算机的普及，近20年以来，国际、国内出现了许多专门用于计算机数字仿真的仿真语言与工具，如CSM

16、P，ACSL，SIMNOM， MATLAB/Simulink， Matrix/System Build， CSMP-C等。1.5 MATLAB概述 MATLAB是国际上仿真领域最权威、最实用的计算机工具。它是MathWork公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件，被誉为“巨人肩上的工具”。MATLAB是一种应用于计算技术的高性能语言。它将计算，可视化和编程结合在一个易于使用的环境中，此而将问题解决方案表示成我们所熟悉的数学符号，其典型的使用包括:.数学计算.运算法则的推导.模型仿真和还原.数据分析，采集及可视化.科技和工程制图.开发软件，包括图形用户界面的建立MATLAB是

17、一个交互式系统，它的基本数据元素是矩阵，且不需要指定大小。通过它可以解决很多技术计算问题，尤其是带有矩阵和矢量公式推导的问题，有时还能写入非交互式语言如C和Fortran等。MATLAB的名字象征着矩阵库。它最初被开发出来是为了方便访问由LINPACK和EISPAK开发的矩阵软件，其代表着艺术级的矩阵计算软件。MATLAB在拥有很多用户的同时经历了许多年的发展时期。在大学环境中，它作为介绍性的教育工具，以及在进阶课程中应用于数学，工程和科学。在工业上它是用于高生产力研究，开发，分析的工具之一。MATLAB的一系列的特殊应用解决方案称为工具箱（toolboxes）。作为用户不可缺少的工具箱，它可

18、以使你学习和使用专门技术。工具箱包含着M-file集，它使MATLAB可延展至解决特殊类的问题。在工具箱的范围内可以解决单个过程，控制系统，神经网络，模糊逻辑，小波，仿真及其他很多问题。经过几十年的完善和扩充，它已发展成线形代数课程的标准工具。在美国，MATLAB是大学生和研究生必修的课程之一。美国许多大学的实验室都安装有MATLAB，供学习和研究之用。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。其包含的SIMULINK是用于在MATLAB下建立系统框图和仿真环境的组件，其包含有大量的模块集，可以很方便的调取各种模块来搭建所构想的试验平台，同时SIM

19、ULINK还提供时域和频域分析工具，能够直接绘制系统的Bode图和Nyquist图。MATLAB系统可分为五个部分:MATLAB语言。 这是一种高级矩阵语言，其有着控制流程状态，功能，数据结构，输入输出及面向对象编程的特性。它既有“小型编程”的功能，快速建立小型可弃程序，又有“大型编程”的功能，开发一个完整的大型复杂应用程序。MATLAB的工作环境。 这是一套工具和设备方便用户和编程者使用MATLAB。它包含有在你的工作空间进行管理变量及输入和采集数据的设备。同时也有开发，管理，调试，( profiling M-files， MATLABs applications。)的系列工具。图形操作。

20、这是MATLAB的图形系统。它包含有系列高级命令，其内容包括二维及三维数据可视化，图形处理，动画制作，表现图形。同时它也提供低级命令便于用户完全定制图形界面并在你的MATLAB软件中建立完整的用户图形界面。MATLAB数据功能库。 它拥有庞大的数学运算法则的集合，包含有基本的加，正弦，余弦功能到复杂的求逆矩阵及求矩阵的特征值， Bessel功能和快速傅立叶变换。MATLAB应用程序编程界面。 这是一个允许你在MATLAB界面下编写C和Fortran程序的库。它方便从MATLAB中调用例程(即动态链接)，使MATLAB成为一个计算器，用于读写MAT-files。1.6 Simulink概述Sim

21、ulink是用于仿真建模及分析动态系统的一组程序包，它支持线形和非线性系统，能在连续时间，离散时间或两者的复合情况下建模。系统也能采用复合速率，也就是用不同的部分用不同的速率来采样和更新。Simulink提供一个图形化用户界面用于建模，用鼠标拖拉块状图表即可完成建模。在此界面下能像用铅笔在纸上一样画模型。相对于以前的仿真需要用语言和程序来表明不同的方程式而言有了极大的进步。Simulink拥有全面的库，如接收器，信号源，线形及非线形组块和连接器。同时也能自己定义和建立自己的块。模块有等级之分，因此可以由顶层往下的步骤也可以选择从底层往上建模。可以在高层上统观系统，然后双击模块来观看下一层的模型

22、细节。这种途径可以深入了解模型的组织和模块之间的相互作用。在定义了一个模型后，就可以进行仿真了，用综合方法的选择或用Simulink的菜单或MATLAB命令窗口的命令键入。菜单的独特性便于交互式工作，当然命令行对于运行仿真的分支是很有用的。使用scopes或其他显示模块就可在模拟运行时看到模拟结果。进一步，可以改变其中的参数同时可以立即看到结果的改变，仿真结果可以放到MATLAB工作空间来做后处理和可视化。模型分析工具包括线性化工具和微调工具，它们可以从MATLAB命令行直接访问，同时还有很多MATLAB的toolboxes中的工具。因为MATLAB和Simulink是一体的，所以可以仿真、分

23、析、修改模型在两者中的任一环境中进行。1.7 小结 综上所述，利用MATLAB来仿真同步电机的运行情况，可以帮助研究者更好更方便的了解同步电机的特性，以便进一步改善其效率。加深对交流电机的工作原理的理解，对三相异步电机调速的动态过程有了进一步的认识，为以后从事类似专业的工作打下良好的基础。同时通过该毕业设计课题的研究，能够体验Matlab的强大功能，熟练掌握Matlab这一重要工具软件的操作使用。 第2章 三相异步电机原理2.1 旋转磁场三相异步电动机的定子绕组嵌放在定子铁心槽内,按一定规律连接成三相对称结构。三相绕组AX，BY，CZ在空间互成120,它可以联接成星形,也可以联接成三角形。当三

24、相绕组接至三相对称电源时，则三相绕组中便通入三相对称电流、： 电流的参考方向和随时间变化的波形图见（2-1）。图 2-1旋转磁场的产生过程(见下图)：图 2-2 由分析可知,当定子绕组中通入三相电流后,当三相电流不断地随时间变化时，它们共同产生的合成磁场也随着电流的变化而在空间不断地旋转着,这就是旋转磁场。这个旋转磁场同磁极在空间旋转所产生的作用是一样的。2.2 同步转速三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的转速决定于旋转磁场的极数。可以证明在磁极对数p=l的情况下,三相定子电流变化一个周期，所产生的合成旋转磁场在空间亦旋转一周。当电源频率为f时，对应的旋转磁场转速。当电动机的

25、旋转磁场具有p对磁极时，合成旋转磁场的转速为：。式中n0称为同步转速即旋转磁场的转速，其单位为r/min(转/分)；我国电力网电源频率,故当电动机磁极对数p分别为1、2、3、4时,相应的同步转速n0分别为3000、1500、1000、750r/min。图 2-3在的瞬时,定子绕组中的电流方向如图(a)所示。这时; 是负的,其方向与参考方向相反，即自Y到B；是正的,其方向与参考方向相同,即自C到Z。按右手螺旋定则可得到各个导体中电流所产生的合成磁场的方向，如(a)图中所示,是一个具有两个磁极的磁场。电动机磁场的磁极数常用磁极对数p来表示,例如上述两个磁极称为一对磁极,用p=1表示。将每相电流所产

26、生的磁场相加,便得出三相电流的合成磁场。在图中合成磁场轴线的方向是自上而下。在时，定子绕组中电流的方向和三相电流的合成磁场的方向如图(b)所示，也是一个两极磁场。但这个两极磁场的空间位置和时相比，已按顺时针方向在空间转过了60。同理可得在时的三相电流的合成磁场,它比时的合成磁场在空间又转过了30。2.3 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的定子铁心上嵌有对称三相绕组，在圆柱体的转子铁心上前有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环把它们连接成一个整体。当对称三相绕组接到对称三相电源以后，即在定子、转子之间的气隙内建立了以同步转速ns旋转的旋转磁场。由于转子上的导条被这种旋转磁场切割，根据电磁感应

27、定律，转子导条内会感应产生感应电动势，若旋转磁场按逆时针，如图4所示左手定则决定导条受力方向右手定则决定电流方向图2-4 三相异步电动机工作原理根据右手螺旋定则，可以判断图中转子上半部导体中的电动势方向，都是进入纸面的，下半部导体中的电动势都是从纸面出来的。因为转子上导条已构成闭合回路，所以转子导条中有电流通过。如不考虑导条中的电流与电动势的相位差，则电动势的瞬时方向就是电流的瞬时方向。根据安培定律，导条在旋转磁场中，并载有由感应作用所产生的电流，这样导条必然会受到电磁力。电磁力的方向用左手定则确定。从图2-4可看出，转子上所有导条受到的电磁力形成一个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁

28、场逆时针方向旋转，其转速为n。如转子与生产机械连接，则转子上受到的电磁转矩将克服负载转矩而作功，从而实现了机电能量的转换，这就是三相异步电动机的工作原理。2.4 三相异步电动机调速特性若要改变异步电动机的转速，可以有以下三种方法：（1）改变电动机的磁极对数p。（2）改变电动机的电源频率。（3）改变电动机的转差率s。在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与

29、低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。下面对各种调速方法的原理及特点做一简单介绍。2.4.1 变极调速所谓变极调速，就是通过改变电动机定子绕组的接线，改变电动机的磁极对数，从而达到调速的目的。变极调速方法一般适于笼型异步电动机。因为笼型异步电动机转子绕组本身没有固定的

30、极对数，能自动地与定子绕组相适应。变极调速的电动机往往被称为多极电动机，其定子绕组的接线方式很多，其中常见的一种是角接/双星接，即/YY，变极调速的电动机往往被称为多极电动机，其定子绕组的接线方式很多，其中常见的一种是角接/双星接，即/YY，图2-5由定子绕组展开图2-5知：只要改变一相绕组中一半元件的电流方向即可改变磁极对数。当T1、T2、T3外接三相交流电源，而T4、T5、T6对外断开时，电动机的定子绕组接法为，极对数为2P，当T4、T5、T6外接三相交流电源，而T1、T2、T3连接在一起时，电动机定子绕组的接法为YY，极对数为P，从而实现调速，其控制电路图如图2-6所示。图2-6其工作情

31、况为：合上刀开关QS后，当KM3闭合而KM1、KM2断开时，电动机定子绕组为D接法，电动机低速启动。当KM3断开，而KM2、KM1闭合时，电动机的定子绕组接成YY，电动机高速运行。/YY接法的调速方式适用于恒功率负载。变极对数调速方法 这种调速方法是用改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 具有较硬的机械特性，稳定性良好； 无转差损耗，效率高； 接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。 本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、

32、水泵等。 2.4.2 变频调速 变频调速是改变电源频率从而使电动机的同步转速变化达到调速的目的的。在一般情况下，电动机的转差率s很小，所以可以近似地认为nn1f1，为使电动机得到充分利用，通常希望气隙磁通维持不变，从电动势公式知，若要维持为常数，则U1必须随频率的变化成正比变化，即（表示变频后的量）。另一方面，为保证电动机的稳定运行，希望变频调速时，电动机的过载能力不变。（1）对恒定转矩负载而言，既保证了电动机的过载能力，又满足了为常数的要求，这说明变频调速特别适合于恒转矩负载。（2）对恒定功率负载而言，则电动机过载能力不变，但将发生变化。当时，则保持不变，但过载能力发生变化。变频调速的主要优

33、点是调速范围宽，静差率小，稳定性好，平滑性好能实现无级调速，能适应各种负载，效率较高，但它需要一套专门的变频电源，控制系统较复杂，成本较高，是交流电动机调速发展的主要方向。变频调速方法 变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。其特点： 效率高，调速过程中没有附加损耗； 应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高； 技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。2.4.3 调节转差能耗调速改变转

34、差率的方法主要有三种：定子调压调速、转子电路串电阻调速和串级调速。下面分别介绍。1） 定子调压调速由定子调压的机械特性曲线可知对恒转矩负载而言，其调速范围很窄，实用价值不大，但对于通风机负载而言，其负载转矩TL随转速的变化而变化，如图中虚线所示。可见其调速范围很宽，所以目前大多数的风扇采用此法。但是这种调速方法在电动机转速较低时，转子电阻上的损耗较大，使电动机发热较严重，所以这种调速方法一般不宜在低速下长时间运行。定子调压调速方法 当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机

35、难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点： 调压调速线路简单，易实现自动控制； 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。 调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。2）转子串接电阻调速该方法仅适用于绕线形异步电动机，当串入电阻越大时，稳定运行速度越低，且

36、稳定性也越差。转子串电阻调速的优点是方法简单，设备投资不高，工作可靠。但调速范围不大，稳定较差，平滑性也不是很好，调速的能耗比较大。在对调速性能要求不高的地方得到广泛的应用，如运输、起重机械等。绕线式电动机转子串电阻调速方法 绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。3）串级调速 所谓串级调速就是在绕线异步电动机的转子电路中引入一个附加电动势Ef来调节电动机的转速，这种方法仅适于绕线异步电动机。当附加电动势的相位与转子电动势相位相反时

37、，为负值，使串电动势后的转子电流小于原来的电流，电动机在新的较低转速下稳定运行，实现降速的调速。当附加电动势的相位与转子电动势相位相同时，为正值，使串电动势后的转子电流大于原来的电流，则电动机在新的较高转速下稳定运行，实现升速的调速。串级调速的调速性能比较好，但是附加电动势的获取比较困难，故长期以来未得到推广。因此，这里仅就其原理做简要介绍。串级调速方法 串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级

38、调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为： 可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速7090的生产机械上； 调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产； 晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。 本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。第3章 仿真系统设计3.1 系统对象本次研究所用电动机为绕线式异步电动机，型号DJ17，参数如下： 3.2 系统分块1、电源 交流电压源。实现输出正弦交流电压，生成电压是由以下描述的关系。 仿真中假设电机瞬间连接到稳定的频率，正弦输出2

39、20V电压。 2、电压测量元件 是实现测量电压的电路。仿真中其正负端接在三相电源间测其瞬时电压。3、异步电动机 异步电机有电动机和发电机两种模式。如果Tm端取正值，异步电机作为电动机，如果Tm端取负值，它作为发电机。A、B、C端接输入，a、b、c端接输出。异步电机可以设置额定功率、额定电压、额定频率、定子电阻电感、转子电流电感等参数。4、示波器显示数据图像，仿真结束后，可以打开示波器模块观察输出轨迹。如果信号是连续的，Scope模块会生成有点构成的连续曲线；如果信号是离散的，Scope会生成阶梯状曲线。可以设置示波器输入端口的数量、信号显示区间、频度等。5、测量分路器有电动机和发电机两种模式。

40、正值为发电机模式，负值为电动机模式。仿真中用于从异步电动机中分离出定子电流，转子电流、转速、转矩信号。 6、选择器从一个向量和矩阵信号中选择输入数据。仿真中用于选择定子电流和转子电流。7、增益放大或缩小输入的信号。仿真中设增益为。8、电阻3.3 系统仿真图3.3.1 变频调速仿真图1.问题分析由于电机转速n与旋转磁场转速接近，磁场转速改变后，电机的转速n也就随之改变。 由公式可知，改变电源频率，可以调节磁场转速，从而改变电机的转速。 2.SIMULINK仿真模型3.仿真结果首先将电源频率设为60Hz，运行仿真模型，在MATLAB指令窗口将仿真结果设为初始值。然后不改变电路结构，将电源频率调整为

41、50Hz，重新运行仿真模型，得到仿真结果图。变频调速（）变频调速（）4图像分析变频调速时希望磁通保持不变。由定子电路电动势方程式可见，忽略定子漏阻抗情况下，得： （3-1）为使变化时保持不变，由式（3-1）可见/必须为定值，即必须与成比例变化。当，电机稳定运行时，定子电流，当时，频率变小了，与成比例变化，所以变小，所以定子电流也减小了。由可知，变小，也随之变小。因为转矩可知，转矩保持不变。3.3.2 转子绕组串电阻调速仿真图1.问题分析当转子绕组中串入附加电阻后，电机的机械特性发生变化，在一定的负载转矩下，改变转子串联的附加电阻的大小，电机的转速发生变化，达到调速的目的。2.SIMULINK仿

42、真模型3.仿真结果调速前，将转子电阻设为10，运行仿真模型。待运行结束后，在MATLAB指令窗口运行如下指令。xInitial=xFinal并将电机转子电阻改为30，重新运行模型，仿真结果如图转子绕组串电阻图（R=10）转子绕组串电阻图（R=30） 4.图像分析转子绕组串电阻变大后，使转子电流减小，转矩T（）在额定电压时，磁通=定值，调速时,则=定值 （3-2）由此可见 （3-3）串电阻后，转差率由增加到，sE2将增加到s1E2，及T一直增加到时，电动机达到新的平衡状态。转子电路功率因数为 （3-4）将式（3-3）代入（3-4）得，=TN=定值，所以转子串电阻为恒转矩调速方法。3.3.3 调压

43、调速仿真图1.问题分析三相异步电机调压调速属于改变转差率调速，由于此时电机内部旋转磁场转速不变，此电机的转速变化范围很小。而且电机通常额定工作电压一定，因此三相异步电机调压调速的变压范围也会受到限制。2.SIMULINK仿真模型3.仿真结果首先将电机的工作电压设置为220V，运行仿真模型。待运行结束后将仿真参数设置为然后在指令窗口运行如下指令：xInitial=xFinal xInitial= 1.0e+0.02* -0.01155604448671 0.0011855551035660.00289624717602 1.81988939024069 0.00993222435709将电机工作

44、电压修改为180V，重新运行模型的仿真结果如图 调压调速（）调压调速（）4.图像分析因为定子电压(归算后)，又 (3-5) （3-6）将（3-5）代入（3-6）得： (3-7)因为定子电压调速为恒转矩调速，所以当定子电压减小时，转子电压也相应减小，由式（3-7）可知转速S减小，转速也就降低。第4章 异步电动机转子绕组串电阻调速实验一、实验目的1、掌握异步电动机转子绕组串电阻调速原理。2、加深理解转子绕组串电阻调速机械特性。二、实验内容测定转子绕组串电阻调速机械特性。三、实验线路四、实验步骤和方法1）按上述电路图接线。电路接好后，将M的转子附加电阻调至最大。2）合上电源开关，电机空载起动，保持调压器的输出电压为电动机额定电压220V，转子附加电阻调至零。3）调节校正电机的励磁电流Ir为校正值（100mA或50mA），再调节直流发电机负载电流，使电动机输出功率接近额定功率并保持这输出功率转矩T2不变，改变转子附加电阻（每相附加电阻分别为0、2、5、15），测相应的转速记录于表中 = 100 mA Rst（）0