第八章交流调速系统的Matlab仿真
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第八章 交流调速系统的Matlab仿真
8.1.1交流调速系统仿真中常用模块简介
1.交流电动机模Biblioteka Baidu 在Matlab模块库中，交流异步电动机
有两个模块，一个是使用标幺值单 位制，路径为 SimPowerSystems/Machines/Asynchro nous Machine pu Units，另一个是国 际单位制，路径为 SimPowerSystems/Machines/Asynchro nous Machine SI Units，前者输出信 号的单位均为标幺值，后者输出信 号的单位均为国际单位制。 异步电动机的参数通过电动机模块 的参数对话框来输入。对话框如图 8-1所示。
2.交流电动机测量单元模块
交流电动机测量单元模块路 径为 SimPowerSystems/Machines/ Machines Measurement Demux,其参数设置对话框如 图8-2所示。
3.函数记录仪模块
函数记录仪模块路径为Simulink/Sinks/XY Graph，它是用来记录X轴和Y轴数值的大小， 坐标上下限可调。此模块常用于交流电机定、 转子磁链观测。
初学者在交流调速系统中仿真中，往往会出现 问题有：开始仿真时候软件有时会提示：“Your model has no measurement block”,从而使仿真无法 进行下去。为了避免这种情况发生，可以在模型 中加入Multimeter模块（路径为： SimPowerSystems/Measurements/Multimeter），这 样就能够使仿真顺利进行；第二种情况，仿真结 果转速为负值，这是因为电机的电磁转矩小于负 载转矩，需要重新调整电机本体或其它环节参数。 直流调速系统仿真时，如果电磁转矩小于负载转 矩，转速降到零后，仿真就会中止。这也是交流 调速系统仿真和直流调速系统仿真不同的地方。
8.2变频调速系统的仿真
8.2变频调速系统的仿真
SPWM工作原理就是以期望的正弦波作为调 制波，以等腰三角波作为载波，两者相交的交 点确定逆变器开关器件的导通，从而获得一系 列等幅不等宽的矩形波，按照波形面积等效原 则，这个一系列矩形波就和正弦波等效。改变 调制波的频率和波幅就能达到同时变频变压的 调速的要求。
交流调压器的建模与参数设置
取六个晶闸管模块（路径为SimPowerSystems/Power Electronics/Thyristor），模块符号名称依此改写 为“1”、“2”、….“6”。按照图8-4(a)排列， 为了避免在把这些模块在封装时多出的那些测量 端口，采用Terminator模块（路径： Simulink/Sinks/Terminator），封锁各晶闸管模块 的“E”端（测量端），在模型的输出端口分别 标上“a”、“b”、“c”，模型的输入端口分别 标上“Ua”、“Ub”、“Uc”，晶闸管参数取 默认值。取Demux模块，参数设置为“6”，表明 有6个输出，按照图8-4(a)中联接。
对于反馈环节，取两个Gain模块，一个参数设置 为30/3.14，表示把电机的角速度转化为转速，另 一个参数设置为0.01，表示系统转速反馈系数为 0.01。
仿真选择算法为ode23tb，仿真开始时间为0，结 束时间为5.0s。
仿真结果看，在转速从零上升过程中，电机电 流较大，到电机转速稳定后，电机电流也保持 不变。电机起动阶段，定子磁链波动较大，稳 态后，定子磁链是个圆形
交流调压器仿真模型及封装后子系统
控制电路仿真模型的建立与参数设置
控制电路是采用给定信号模块、调解器模块、信 号比较环节模块，6脉冲同步触发器装置等组成。 同步6脉冲触发装置是采用6脉冲触发器和三个电 压测量模块封装而成，封装方法及参数设置同直 流调速系统相同；转速调节器设置比例放大系数 Kp为10，积分放大系数Ki为5。上下限幅为[10 10]。
2.控制电路建模与参数设置
在Matlab库中，有现成 的SPWM模块，其模块 名为Discrete PWM Generator。模块路径为 SimPowerSystems/Extra Library/Discrete Control Blocks/Discrete PWM Generator。设置参数如 图8-8所示。从参数对 话框中可以看出载波频 率可调。
SPWM调速系统仿真模型
1.主电路模型的建立和参数设置
主电路是由交流异步电 动机本体模块、逆变 器模块Universal Bridge （路径为 SimPowerSystems/Pow er Electronics/Universal Bridge）、电机测量单 元模块、电源和负载 等组成。逆变器模块 参数设置如图8-7所示
在电机设置的对话框中，Rotor type是绕组类型列 表框：分绕线式（Wound）和鼠笼式（Squirrelcage）两种。Reference frame是参考坐标系列表框， 有静止坐标系（Stationary），转子坐标系（Rotor） 和同步旋转坐标系（Synchronous）三种。额定参 数：额定功率（单位：W），线电压（单位： V），频率f（单位：Hz）。定子绕组（Stator） 参数有：定子电阻 （单位：Ohms）和定子漏感 （单位：H），转子绕组（Rotor）参数有：转子 电阻 （单位：Ohms）和转子漏感 （单位：H）， 互感（Mutual inductance） （单位：H），转动惯 量（Inertia）J（单位 ），摩擦系数（friction factor）、极对数（pairs of poles）P等。
单闭环交流调压调速系统的建模
图8-3交流电动机调压调速仿真模型
1系统的建模与模型参数设置
1）主电路建模与参数设置 主电路是由三相对称电源、晶闸管组成的三相
交流调压器、交流异步电动机、电机测量单元、 负载等部分组成。
三相电源建模与参数设置与直流调速系统相 同。交流电动机模块采用国际制，参数设置：绕 组类型取鼠笼型，线电压取380V,频率取50Hz。 其它参数是电机本体模块参数的默认值。电机测 量单元模块参数设置：电机类型取异步电动机， 在定子电流、转子转速和电磁转矩选项前面打 “√”，表明只观测这些物理量。电机负载为20。
8.1.1交流调速系统仿真中常用模块简介
1.交流电动机模Biblioteka Baidu 在Matlab模块库中，交流异步电动机
有两个模块，一个是使用标幺值单 位制，路径为 SimPowerSystems/Machines/Asynchro nous Machine pu Units，另一个是国 际单位制，路径为 SimPowerSystems/Machines/Asynchro nous Machine SI Units，前者输出信 号的单位均为标幺值，后者输出信 号的单位均为国际单位制。 异步电动机的参数通过电动机模块 的参数对话框来输入。对话框如图 8-1所示。
2.交流电动机测量单元模块
交流电动机测量单元模块路 径为 SimPowerSystems/Machines/ Machines Measurement Demux,其参数设置对话框如 图8-2所示。
3.函数记录仪模块
函数记录仪模块路径为Simulink/Sinks/XY Graph，它是用来记录X轴和Y轴数值的大小， 坐标上下限可调。此模块常用于交流电机定、 转子磁链观测。
初学者在交流调速系统中仿真中，往往会出现 问题有：开始仿真时候软件有时会提示：“Your model has no measurement block”,从而使仿真无法 进行下去。为了避免这种情况发生，可以在模型 中加入Multimeter模块（路径为： SimPowerSystems/Measurements/Multimeter），这 样就能够使仿真顺利进行；第二种情况，仿真结 果转速为负值，这是因为电机的电磁转矩小于负 载转矩，需要重新调整电机本体或其它环节参数。 直流调速系统仿真时，如果电磁转矩小于负载转 矩，转速降到零后，仿真就会中止。这也是交流 调速系统仿真和直流调速系统仿真不同的地方。
8.2变频调速系统的仿真
8.2变频调速系统的仿真
SPWM工作原理就是以期望的正弦波作为调 制波，以等腰三角波作为载波，两者相交的交 点确定逆变器开关器件的导通，从而获得一系 列等幅不等宽的矩形波，按照波形面积等效原 则，这个一系列矩形波就和正弦波等效。改变 调制波的频率和波幅就能达到同时变频变压的 调速的要求。
交流调压器的建模与参数设置
取六个晶闸管模块（路径为SimPowerSystems/Power Electronics/Thyristor），模块符号名称依此改写 为“1”、“2”、….“6”。按照图8-4(a)排列， 为了避免在把这些模块在封装时多出的那些测量 端口，采用Terminator模块（路径： Simulink/Sinks/Terminator），封锁各晶闸管模块 的“E”端（测量端），在模型的输出端口分别 标上“a”、“b”、“c”，模型的输入端口分别 标上“Ua”、“Ub”、“Uc”，晶闸管参数取 默认值。取Demux模块，参数设置为“6”，表明 有6个输出，按照图8-4(a)中联接。
对于反馈环节，取两个Gain模块，一个参数设置 为30/3.14，表示把电机的角速度转化为转速，另 一个参数设置为0.01，表示系统转速反馈系数为 0.01。
仿真选择算法为ode23tb，仿真开始时间为0，结 束时间为5.0s。
仿真结果看，在转速从零上升过程中，电机电 流较大，到电机转速稳定后，电机电流也保持 不变。电机起动阶段，定子磁链波动较大，稳 态后，定子磁链是个圆形
交流调压器仿真模型及封装后子系统
控制电路仿真模型的建立与参数设置
控制电路是采用给定信号模块、调解器模块、信 号比较环节模块，6脉冲同步触发器装置等组成。 同步6脉冲触发装置是采用6脉冲触发器和三个电 压测量模块封装而成，封装方法及参数设置同直 流调速系统相同；转速调节器设置比例放大系数 Kp为10，积分放大系数Ki为5。上下限幅为[10 10]。
2.控制电路建模与参数设置
在Matlab库中，有现成 的SPWM模块，其模块 名为Discrete PWM Generator。模块路径为 SimPowerSystems/Extra Library/Discrete Control Blocks/Discrete PWM Generator。设置参数如 图8-8所示。从参数对 话框中可以看出载波频 率可调。
SPWM调速系统仿真模型
1.主电路模型的建立和参数设置
主电路是由交流异步电 动机本体模块、逆变 器模块Universal Bridge （路径为 SimPowerSystems/Pow er Electronics/Universal Bridge）、电机测量单 元模块、电源和负载 等组成。逆变器模块 参数设置如图8-7所示
在电机设置的对话框中，Rotor type是绕组类型列 表框：分绕线式（Wound）和鼠笼式（Squirrelcage）两种。Reference frame是参考坐标系列表框， 有静止坐标系（Stationary），转子坐标系（Rotor） 和同步旋转坐标系（Synchronous）三种。额定参 数：额定功率（单位：W），线电压（单位： V），频率f（单位：Hz）。定子绕组（Stator） 参数有：定子电阻 （单位：Ohms）和定子漏感 （单位：H），转子绕组（Rotor）参数有：转子 电阻 （单位：Ohms）和转子漏感 （单位：H）， 互感（Mutual inductance） （单位：H），转动惯 量（Inertia）J（单位 ），摩擦系数（friction factor）、极对数（pairs of poles）P等。
单闭环交流调压调速系统的建模
图8-3交流电动机调压调速仿真模型
1系统的建模与模型参数设置
1）主电路建模与参数设置 主电路是由三相对称电源、晶闸管组成的三相
交流调压器、交流异步电动机、电机测量单元、 负载等部分组成。
三相电源建模与参数设置与直流调速系统相 同。交流电动机模块采用国际制，参数设置：绕 组类型取鼠笼型，线电压取380V,频率取50Hz。 其它参数是电机本体模块参数的默认值。电机测 量单元模块参数设置：电机类型取异步电动机， 在定子电流、转子转速和电磁转矩选项前面打 “√”，表明只观测这些物理量。电机负载为20。