三相异步电机闭环调速设计.

《控制系统设计》课程设计报告

学院：信息工程学院

姓名：

班级：11自动化

学号：

题目：三相异步电动机闭环调速系统设计与实践指导老师：

完成时间：2014年6月20日

目录

摘要............................................................... I 1概述.. (1)

1.1三相异步电动机的调速方法 (2)

1.2调压调速的简介 (3)

1.3课程设计的要求 (5)

2三相异步电动机调压调速系统的组成 (5)

3三相异步电动机调压调速系统的设计和实现 (8)

3.1三相异步电动机调压调速系统的电路 (8)

3.2闭环调速结构图 (10)

3.3 系统各部分参数的计算 (10)

4三相异步电动机调压调速系统的仿真 (13)

4.1MATLAB仿真的介绍 (13)

4.2电路的建模和参数设置......................... 错误!未定义书签。

4.3异步电机调压调速系统仿真模型................. 错误!未定义书签。

4.4仿真效果图 (17)

总结 (22)

参考文献 (23)

摘要

异步电动机具有结构简单、制造容易、维修工作量小等优点，早期多用于不可拖动。随着电力电子技术的发展，静止式变频器的诞生，异步电动机在可拖动中逐渐得到广泛的应用。实现电机调速有不少方法。研究电机调速，找出符合实际的调速方法能最大限度的节约能源，所以研究调压调速就显得很有必要。异步电机调压调速控制系统是一种比较简单实用的调速系统，该系统具有良好的运行、控制及经济性能，显示出巨大的发展潜力。

本课程设计介绍了异步电动机调压调速系统的几大组成部分，并着重讲述了三相异步电动机(M)、测速发电机(TG)、晶闸管交流调压器(TVC)的简单的工作原理。在了解异步电动机调压调速的基本原理的基础上，设计了异步电动机单闭环调压调速系统的结构原理图。还将调压调速与其他的调速方法相比，所具有的优点以及不足之处。

以转速单闭环调压调速系统为例，电机调速开环控制系统调速范围较小，采用速度作为负反馈的闭环控制系统解决了这个问题,使调速性能得到改善。

最后，经过理论分析建立模型后，基于Matlab语言开发仿真软件，并进行仿真实验，并且对仿真结果进行了一定的分析及改进。

关键词: 调压调速MATLAB三相异步电动机转速调节器

1概述

直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动系统则采用交流电机，这种分工在一段时期内已成为一种举世公认的格局。交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相匹敌。

直到20世纪60-70年代，随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生，一直被认为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被打破了。

交流调速系统的应用领域主要有三个方面：

●一般性能的节能调速

●高性能的交流调速系统和伺服系统

●特大容量、极高转速的交流调速

(1)一般性能的节能调速

在过去大量的所谓“不变速交流拖动”中，风机、水泵等通用机械的容量几乎占工业电力拖动总容量的一半以上，其中有不少场合并不是不需要调速，只是因为过去的交流拖动本身不能调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了。

如果换成交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约20-30%以上的电能，效果是很可观的。

(2)高性能的交流调速系统和伺服系统

许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够带来不少的效益。但是，由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。

(3)特大容量、极高转速的交流调速

直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过106 kw r•/min，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。

交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电力拖动设备，以及极高转速的拖动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。

与直流调速系统相比，交流调速系统具有以下特点：

● 容量大；

● 转速高且耐高压；

● 交流电动机的体积、重量、价格比同等容量的直流电动机小，且结构简单、

经济可靠、惯性小；

● 交流电动机环境使用性强，坚固耐用，可以在十分恶劣的环境下使用；

● 高性能、高精度的新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样的性能指标； ● 交流调速系统能显著的节能； 从各方面看，交流调速系统最终将取代直流

调速系统。

计算机仿真技术在交流调速系统的应用，使得对交流调速的性能分析和研究变的更为方便。传统的计算机仿真软件包用微分方程和差分方程建模，其直观性、灵活性差，编程量大，操作不便。随着一些大型的高性能的计算机仿真软件的出现，实现交流调速系统的实时仿真可以较容易地实现。如：matlab 软件已经能够在计算机中全过程地仿真交流调速系统的整个过程。matlab 语言非常适合于交流调速领域内的仿真及研究，能够为某些问题的解决带来极大的方便并能显著提高工作效率。随着新型计算机仿真软件的出现，交流调速技术必将在成本控制、工作效率、实时监控等方面得到长足进步。

交流调速技术发展到今天，相对而言已经比较成熟，在工业中得到了广泛的应用，但是随着一些新的电力电子器件和一些新的控制策略的出现，工业应用对交流调速系统又提了新的要求，现代交流电机调速技术的研究和应用前景十分广阔。

1.1三相异步电动机的调速方法

异步电机的调速方法有不少，根据异步电机的转速公式

()()11160/1n n s f p s =-=- (1-1) 其中1n 为同步转速(r/min);1f 为定子频率，也就是电源频率(Hz);p 为磁极对数。

可知；异步电动机有以下三种基本调速方法：

(1) 改变定子极对数p 调速。

(2) 改变电源频率1f 调速。