异步电机调压调速系统仿真

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负载转矩随之增大，在 1.6 秒内系统达到稳定状态。
4.结论
本次设计根据闭环调压调速，控制回路的设计， 调速系统的静态参数分析和 转速调节器及其结构的选择， 转速检测环节和电流检测环节的设计， 通过 MATLAB 仿真设计对异步电机调压调速系统进行了仿真和分析。参数的设定时，改变晶闸 管的触发角，可以得到不同的电机转速变化，通过对比分析发现，在触发角相同 电源电压不同的情况下，电源电压降低会引起转速的下降。从而可以得出结论， 异步电动机调压调速系统，就是通过速度的反馈值与速度的给定值进行对比，对 比后经 ASR 得到控制电压， 再将这个控制电压输入到触发装置，由触发装置输出 控制晶闸管的导通角， 以控制晶闸管输出电压的高低的原理来调节加在定子绕组 上电压的大小，从而调节电动机的转速。 通过 MATLAB 的仿真实验，对运动控制课程的学习有很大的帮助，可以很好 的通过实验对课程的学习加深理解。
3.仿真电路设计
3.1 调压电路 3.1.1 仿真设计
图 6 调压电路模型
3.1.2 参数设定 Frequency of synchronization voltages(hz)：同步电压频率（赫兹）50Hz Pulse width(degrees)：触发脉冲宽度（角度）10 Double pulsing：双脉冲触发。 RLC 负载的参数：电阻 100Ω，电感 0H，电容的值为 inf UA：峰值 220v,f 为 50Hz,初相位为 0° UB：峰值 220v,f 为 50Hz,初相位为-120° UC：峰值 220v,f 为 50Hz,初相位为 120° 3.1.3 电阻负载仿真波形 在电阻负载时三相交流调压器的输出电压波形如图 7 所示。其中图（a）为 α=45°时调压器输出的波形，图(b)为α=60°时调压器输出的波形。通过比较 （a)和 （b） 可以发现， 随着触发角的增加， 有三个晶闸管导通的区间逐步减小，
图 8 开环系统仿真图
3.2.3 开环转速波形分析 1）触发角α为 60°时的转速波形
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图 9 α=60°时电机转速
由图 9 可以看出，当α=60°时，转速稳定在 1712r/min，转速在 0.9s 左 右达到稳定状态。 2）触发角α为 75°时的转速波形
2．三相异步电动机调速系统分析
2.1 设计原理
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调压调速就是通过调节输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。其的机械特性方程式为：
Rr' 3pU S T ' Rr 12 Lls L' 1 R S lr S 给定Un来自调节器Un
Uct
-
晶闸管 调压装置
U1
异步电机
n
转速反馈装置
图 4 闭环调速结构图
L1 L2 L3 AT
R
Un
p

ASR
U
n
VT
TG
M
n
图 5 闭环调速系统原理图 4
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2.6 触发电路的设计 产生符合要求的门极触发脉冲， 保证晶闸管在必要时由阻断转为导通是晶闸 管触发电路的作用。 晶闸管触发电路由触发时刻进行控制相位控制电路、触发脉 冲的放大和输出环节组成。 对于调压电路，要求顺序输出的触发脉冲依次间隔 60°。触发顺序依次为 VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6，晶闸管必须严格按编号轮流导通，6 个触发脉 冲相位依次相差 60°。
图 16 转矩
从图 16 可以看出， 开始时， 转速为 0， 负载转矩为 0， 因输出限幅为-60~60， 经偏置使得输入控制角为 0。随着转速的上升，使负载转矩增大，但反馈在一定 范围内依旧为 0，经过 0.6s 后转速稳定在 1350r/min，负载转矩、控制角保持稳 定。在 1.4s 时突加 60N m 的负载，经反馈，减小控制角，增大电压提高转速，
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系统主电路采用 3 个双向晶闸管， 这样的系统体积小， 控制极接线简单。 A.B.C 为交流输入端，A3.B3.C3 为输出端，接异步电动机定子侧绕组。并在晶闸 管两端接有阻容器吸收装置和压敏电阻保护晶闸管。 2.2.1 控制电路 运算放大器 N 组成的速度调节器将速度给定指令电位器 BP1 所给出的电压 送入移相触发电路。 同时，来自测速发电机的速度负反馈信号或来自电动机端电 压的电压反馈信号送给运算放大器 N，以构成闭环系统，提高调速系统的性能。 2.2.2 移相触发电路 双向晶闸管有 4 种触发方式，本系统采用负脉冲触发。负脉冲触发不仅触发 电路简单，而且所需要的门极电压和电流较小，容易保证足够大的触发功率。TS 是同步变压器，TS 采用 DY11 型接法是为了保证触发电路在电源正负半波时都能 可靠触发，又有足够的移相范围。 移相触发电路采用锯齿波同步方式，可产生双脉冲并有强触发脉冲电源 （+40V）经 X31 送到脉冲变压器的一次侧。 2.3 调压电路 通过交流调压器实现改变加在定子上的电压。 目前广泛采用的交流调压器是 由晶闸管等器件组成。 它是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子 绕组之间通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。 这里 采用三相全波星型联接的调压电路。
1．前言
调压调速是一种很简单实用的调速方法。 本文针对异步电机开环控制调压调 速系统和速度闭环控制调压调速系统进行了分析和仿真， 找到了合理的调速方法， 实现了电机的稳定运行，平滑调速，不仅能延长电机寿命，而且可以有效节约能 源，在现代的节约型社会中具有很高的研究价值。 交流电动机，特别是鼠笼型异步电动机，不仅结构简单，制造成本低，维修 方便，而且坚固耐用，惯量小，运行可靠，对环境要求不高，所以在工农业生产 中有很广阔的应用。它的突出的特点是：成本低，结构简单，维护方便，能实现 高压大功率及高速驱动， 适合在恶劣环境下工作，并能获得和直流电机控一样甚 至更好的控制性能。 但是交流电机是一个复杂的、多变量、强耦合的非线性系统，完全用解析法 设计交流调速系统是相当复杂的。 通常采用的办法是构造实验系统进行分析研究， 但是由于实验分析研究耗时长、投资大，而且不便于分析系统的性能。所以，研 究交流调速系统是一个省时省力的好办法就是利用 MATLAB 仿真技术。 MATLAB 是目前流行的科学计算机语言之一。它是以复数矩阵作为基本编 程单元的高级程序设计语言，提供了矩阵的运算与操作，拥有强大的绘图功能。 同时，MATLAB 还是高度集成的软件系统，对解决工程计算、图形可视化、图像 处理、 多媒体处理等问题有很好的作用。 MATLAB 语言在会让你多领域都有涉及： 自动控制、航天工业、汽车工业、生物医学工程、语言处理的方面。MATLAB 软 件是一个非常好用的软件，拥有强大的仿真能力，而且仿真结果直观，易于分析 研究。
图 11 电源电压 150v α=60°时电机转速
由图 11 中可以看出当触发角为 60°时，转速稳定在 1660r/min，转速在 1s 左右达到稳定状态。 图 9 和图 11 可以看出，在当电源电压不同，触发角相同的情况下，降低电 源电压使转速下降。同时可以得出结论：改变电源电压的大小可以实现调速。 3.2.4 闭环仿真模型
s
c A B 通风机负载特性
Sm
nm
U”1 c’ b’
a
U1>U1’>U1”
TL
Temax
图 1 异步电动机在不同电压的机械特性
由电机原理可知， 当转差率 s 保持不变时，电动机的电磁转矩与定子侧电压 的平方成正比。所以，为达到调节电动机转速的目的，只要改变定子侧电压就可 以得到不同的机械特性。 2.2 工作原理
图 12 闭环系统仿真图 8
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PI 设置：比例环 4，积分环 0.1，输出限幅[60，-60]。 控制角调节范围 0~120°。 3.2.5 闭环仿真波形及分析
图 13 闭环转速波形
从图 13 中可以看出转速维持在 1420r/min， 转速在 0.5s 左右达到稳定状态。 给定转速 1350r/min，在 1.4s 时突加 60N m 的负载时的转速、控制角、负载 转矩波形。
2 s


2

其中： p 为电机的极对数； w1 为定子电源角速度； Us 为定子电源相电压； Rr’为折算到定子侧的每相转子电阻； Rs 为每相定子电阻； Lls 为每相定子漏感； Llr 为折算到定子侧的每相转子漏感； S 为转差率。 由三相异步电动机机械特性参数表达式可知，当异步电动机等效电路的参数 不变时，在相同点的转速下，电磁转矩与定子电压的平方成正比，所以，若要改 变电动机在一定负载转矩下的转速，只需改变定子外加电压即可。 本次仿真就采用了定子调压调速系统，通过在交流电源与交流电动机之间接 入晶闸管作为交流电压控制器， 从而改变定子侧电压进行调速。如图１画出了定 子电压为 U1 、 U1' 、 U1" ( U1 U1' U1" )时的机械特性。
图 10 α=75°时电机转速
由图 10 中可以看出， 当α=75°时， 转速稳定在 1660r/min， 转速在 1.6s 左 右达到稳定状态。
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通过图 9 和图 10 可以发现：随着α的增大，输出电压降低，转速下降，从 而达到调速的目的。 3）改变电源电压，电源电压为 150v,α=60°时得到的转速
摘要：调压调速是一种变转差率调速的方法。由电机原理可知当转差率 s 保持不 变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比，所以，为达到调节电动机转 速的目的，只需改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性。 通过交流调压器实现改变加在定子上的电压。 现在广泛采用由晶闸管等器件 组成交流调压器。 它是将三个双向晶闸管接到三相交流电源与三相定子绕组之间， 通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。 晶闸管三相交 流调压电路的连结方式很多，各有特点。 关键词：调压调速；异步电动机；仿真