感应电动机恒压频比控制设计与仿真.docx

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1、数据库课程设计感应电动机恒压频比控制设计与仿真目录1. 前言41.1 背景介绍41.2 开发背景的选用及介绍42.基本原理42.1 异步电动机的恒压恒频调速原理分析42.2 机械特性52.3 系统原理图62.4 恒压频比变频调速系统的仿真模型72.5 主电路参数的计算72.6 部分参数的设置图72.7 控制器设计93.仿真结果94.心得体会125.参考文献131. 前言本课程设计报告是基于中南大学电气工程及其自动化专业运动控制系统课程设计感应电动机恒压频比控制设计与仿真所写。报告内容贴合课程设计内容，满足题意，充分展示了课程设计的结果。本报告内容涵盖设计背景，开发背景，调速原理分析，系统原理图

2、，仿真模型介绍，参数设置，控制器设置和仿真结果1.1 背景介绍恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的控制方式，一般变频调速装置都带有这项功能，恒压频比的工作方式能满足大多数场合交流异步电动机调速控制的要求，并且使用更方便，是通用变频器的基本方式。采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中可以保持电动机气隙磁通基本不变，在恒定负载情况下（恒转矩），电动机在变频调速过程中的转差率基本不变，所以电动机的机械特性较硬，电动机有较好的调速性能。1.2 开发背景的选用及介绍MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环

3、境，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金

4、融建模设计与分析等领域。MATLAB主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB的仿真部分，其包含各种丰富的工具箱，是涉及数值分析的各类工程师不可不用的工具。本课程设计即选用Simulink部分来进行仿真实验，最终得出实验结果和结论。2.基本原理2.1 异步电动机的恒压恒频调速原理分析 变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一种调速方法，在极对数一定时，同步转速随频率变化，即而由于 ，则只要控制好和，便可达到控制气隙磁通的目的。当异步电动机在基频(额定频率)以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费;如果磁通过大，又会使铁心饱和，从而导致过

5、大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。当频率从额定值向下调节时，必须同时降低E,使即在基频以下采用电动势频率比为恒值的控制方式。在基频以上调速时，频率从向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。 2.2 机械特性在基频以下采用恒压频比控制时，异步电动机的机械特性方程可以改写为当s很小时，可忽略分母中含s 各项，则转速降落为 ，对于同一转矩，转速基本不变，也就是说，机械特性基本与频率成一次函数的关系。转差功率为 与转速无关，故称作

6、为转差功率不变型调速方法。当s 很小的时候，转矩近似与s 成正比，机械特性=f（s）是一段直线，当 s 接近1时，转矩近似与s成反比，这时 =f（s）是对称于原点的一段双曲线当 s为以上两段的中间数值时，机械特性从直线过度到双曲线图1 恒压频比的异步电动机的机械特性2.3 系统原理图 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统结构原理图如下图所示，系统共有两个转速反馈控制图2 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统结构原理图 转速外环为负反馈，ASR为转速调节器，一般选用PI 调节器，转速调节器ASR的输出转差频率给定相当于电磁转矩给定。转速负反馈外环的作用与直流调速系统相当。 内环为正反馈，将转

7、速调节器ASR的输出信号转差频率给定与实际转速相加，得到定子频率给定信号 2.4 恒压频比变频调速系统的仿真模型图3 恒压频比变频调速系统的仿真模型2.5 主电路参数的计算 则 ，n=60/2， 2.6 部分参数的设置图图4 异步电动机参数设置图5 v/F曲线调制度设置图6 PI参数设置2.7 控制器设计 控制器主要采用PI调节的ASR转速调节器和PWM控制。反馈转速信号与给定额定转速比较，经过PI调节器调节再与给定频率（额定频率）相加，经function变换得到，接入PWM控制器的二端口输入，同时经V/F变换调制得到U，将U,F转变成三相正弦波，再与三角波比较得到PWM波，PWM波控制三相全

8、桥将直流输入变成交流供给三相电机工作。3.仿真结果 仿真过程为：初始给定1720转的额定转速，电源频率为60Hz，电机空载运行，稳定后第2S突加转矩负载，Tm=20，系统恢复给定转速，第5S改变电源频率，一段时间后又恢复给定转速。图7 转速波形图7 定子电流波形图8 PWM输出波形图9 PI调节器输出波形4.心得体会1. 这次课程设计使我熟悉了系统设计的整体步骤。通过所学知识，以及利用课本和网上的资料，将理论付诸实践，将设计出来的虚构的东西变成实实在在的一个程序，必须懂得如何高效利用身边的资源。2. 这次课程设计加深了我对matlab了解。通过实际运用Matlab仿真软件建立电力电子功能电路模

9、型实现功能的仿真，我了解到仿真在课程设计中的重要应用，了解了MATLAB强大的功能和他如何求解实际问题，激发了我要学好MATLAB的决心，所以我对matlab进行更加努力的去研究，虽然过程很艰辛，但每一步我都亲力亲为，这让我收获很多。当然，在设计的过程中也存在一些问题。由于参数设计阶段的工作完成的不是很充分，在后面的设计过程中，前后时常会出现矛盾，导致仿真超调过大，超调时间过长，甚至出现不稳定现象，因此要反复的修改前面的结果，导致整个工作进行的不是很顺利。3. 我们做任何事，无论是课程设计还是其他的一些事，都会遇到一些困难，在这时候，千万不能有退却的想法，一定要迎难而上，只要你坚持做下去，困难终会被克服，这是本次课程设计给我的最大体会。5.参考文献 1 阮毅 陈伯时，电力拖动自动控制系统运动控制系统；机械工业出版社2 林飞 杜欣，电力电子应用技术的MATLAB仿真；中国电力出版社3 洪乃刚, 电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真M; 机械工业出版社4 百度文库 转速开环恒压频比控制的交流异步电动机调速系统仿真5 高金旺 交流异步电动机变压变频调速系统设计与仿真; 福建建材,2011年05期14