异步电机调压调速系统设计与仿真

辽宁工业大学

交流调速控制系统课程设计（论文）题目：异步电动机调压调速系统的设计及仿真

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摘要

简单介绍了异步电动机调压调速系统的几大组成部分，分析了异步电机调速的原理，在了解异步电动机调压调速的基本原理的基础上，依次设计了异步电动机开环、单闭环、双闭环调压调速系统的结构原理图、控制方案，并且在实验室实现了异步电动机调压调速系统。以开环调压调速系统为例，基于Matlab语言开发仿真软件，并进行仿真实验，记录仿真数据。

关键词：异步电动机调压调速 Matlab 仿真

目录

第1章绪论 (1)

第2章异步电动机调压调速系统 (2)

2.1三相异步电动机的结构与基本原理 (2)

2.1.1 定子部分 (2)

2.1.2 转子部分 (2)

2.1.3 气隙 (3)

2.1.4 三相异步电动机的基本工作原理 (3)

2.2转差率 (4)

2.3异步电动机运行的三种状态 (4)

第3章异步电动机调压调速系统的设计 (6)

3.1开环调压调速 (6)

3.2单闭环调压调速系统 (9)

3.3双闭环调压调速系统 (13)

第4章开环调压调速系统仿真 (15)

4.1交流仿真调压程序 (15)

4.2各部分参数设置 (16)

第5章课程设计总结 (22)

参考文献 (23)

第1章绪论

在电气时代的今天，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。电机调速问题一直是自动化领域比较重要的问题之一。不同领域对于电机的调速性能有着不同的要求，因此，不同的调速方法有着不同的应用场合。

在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度.电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此,调速技术一直是研究的热点。

长期以来,直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。直流电动机在额定转速以下运行时,保持励磁电流恒定,可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速;在额定转速以上运行时,保持电枢电压恒定,可用改变励磁的方法实现恒功率调速。采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此,20 世纪80 年代以前,在变速传动领域中,直流调速一直占据主导地位。

近几年来,科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。交流电动机的调速系统不但性能同直流电动机的性能一样,而且成本和维护费用比直流电动机系统更低,可靠性更高。目前,国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势,而交流变频调速装置的生产大幅度上升。

在异步电动机调速方法中，变压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。

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，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。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器（TVC）等几种。晶闸管调压方式为最佳。目前，交流调压器一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串接在三相电路中，主电路接法有多种方案，用相位控制改变输出电压。调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。

总之，随着现代新技术的发展，电气传动控制技术的发展极为迅速，控制手段不断更新，控制方式日趋优化，其控制技术和装置已成为现代生活的组成部分。全新的数控技术已经使调速技术更加完善，更加以人为本，使控制技术更加先进合理，这种整体的组合将会带来很大的经济效益和社会效益。

第2章异步电动机调压调速系统

2.1三相异步电动机的结构与基本原理

三相异步电动机的结构主要由定子和转子两大部分组成。转子装在定子腔内，定子、转子之间有一缝隙，称为气隙。

2.1.1定子部分

定子部分主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。

定子铁心是电机磁路的一部分，为减少铁心损耗，一般由0.5mm厚的导磁性较好的硅钢片叠成，安放在机座内。定子铁心叠片冲有嵌放绕组的槽，故又称为冲片。中、小型电机的定子铁心和转子铁心都采用整圆冲片。大、中型电机常采用扇形冲片拼成一个圆。为了冷却铁心，在大容量电机中，定子铁心分为很多段，每两段之间留有径向通风槽，作为冷却空气的通道。

定子绕组是电机的电路部分，它嵌放在定子铁心的内圆槽内。定子绕组分单层和双层两种。一般小型异步电动机采用单层绕组，大、中型异步电动机采用双层绕组。

机座的作用是固定和支撑定子铁心及端盖，因此，机座应有较好的机械强度和刚度。中、小型电动机一般用铸铁机座，大型电动机的机座则用铁板焊接而成。

2.1.2转子部分

转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。整个转子靠端盖和轴承支撑着。转子的主要作用是产生感应电流，形成电磁转距，以实现机电能量的转换。

转子铁心是电机磁路的一部分，一般也用0.5mm厚的硅钢片叠成，转子铁心叠片冲有嵌放绕组的槽。转子铁心固定在转轴或转子支架上。

2.1.3气隙

异步电机的气隙是均匀的。气隙大小对异步电动机的运行性能和参数影响很大，由于励磁电流由电网供给，气隙越大，励磁电流也就越大，而励磁电流又属于无功性质，它要影响电网的功率因数，因此异步电动机气隙大小往往为机械条件所能允许的最小数值，中、小型电机气隙太小，一般为0.2~1.5mm左右。

2.1.4三相异步电动机的基本工作原理

三相绕组接通三相电源产生的磁场在空间旋转，称为旋转磁场。转速的大小由电动机极数和电源频率而定。旋转磁场的转速n1称为同步转速。它与电网的频率f1及电机的磁极对数p的关系为：

n1=60f1∕p (2-1) 转子在磁场中相对定子有相对运动，切割磁场形成感应电动势。转子铜条有电流，在磁场中受到力的作用，转子就会旋转起来。

综上所述可知，三相异步电动机转动的基本工作原理。

（1）三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。

（2）转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流。

（3）转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。

异步电机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序。因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可以实现电动机的反转。

异步电动机的转速恒小于旋转磁场的转速n1，只有这样，转子绕组才能产生电磁转矩，使电动机旋转。如果n=n1，转子绕组与定子磁场之间无相对运动，则转子绕组中无感应电动势和感应电流产生，可见n