电气工程及其自动化毕业设计-基于MatlabSimulink的异步电动机交流调速系统模型设计及仿真.doc

1、.装订线.毕 业 论 文基于 Matlab/Simulink 的异步电动机交流调速系统模型设计及仿真院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化 3 班届 次 2015 届 学生姓名 学 号 指导教师 i目 录摘要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 研究目的及意义 .11.1.1 研究目的 .11.1.2 研究意义 .11.2 研究的背景 .11.3 国内外研究现状 .11.4 研究方法 .22 异步电动机的调速系统 .22.1 异步电动机调速系统的分类 .22.2 异步电机调速原理简介 .32.2.1 变极电动机 .32.2.2 变频调速 .32.2.3 转子串电阻

2、调速 .32.2.4 调压调速 .32.3 各种异步电机调速的特点 .32.3.1 变极调速方法 .32.3.2 变频调速方法 .42.3.3 转子串电阻调速方法 .42.3.4 调压调速的方法 .43 异步电机调压调速模型设计 .43.1 异步电机调压调速的原理 .43.2 速度负反馈的交流调压调速系统 .63.3 调压调速系统的组成部分 .63.3.1 三相交流调压器 .73.3.2 同步脉冲触发器 .83.3.3 反馈环节 .84 三相交流调压调速系统的 matlab 仿真 .104.1 matlab 简介 .104.2 Simulink 库介绍 .104.3 系统建模与仿真 .124.

3、3.1 三相电源的建模及参数设置 .124.3.2 同步流脉冲触发器的建模与参数的设置 .134.3.3 三相交流调压电路的建模与参数设置及仿真 .144.3.4 电机模块的建模与参数设置 .164.3.5 转速反馈环节及给定环节的建模及参数设置 .164.4 带转速负反馈的三相交流调压调速系统的连接图 .174.5 仿真结果与分析 .175 结论 .21参考文献 .22ii致谢 .23附录 .24iiiContentsAbstract.II1 Introduction .11.1 Purpose and significance of research .11.1.1 Research pu

4、rposes .11.1.2 Research significance.11.2 Background of research.11.3 Domestic and foreign research status.11.4 Research method .22 Speed control system for asynchronous motor .22.1 Classification of asynchronous motor speed control system .22.2 Introduction of speed regulation for induction motor .

5、32.2.1 Variable pole motor.32.2.2 Frequency conversion speed control .32.2.3 Rotor cascade resistance speed control .32.2.4 Speed adjusting and adjusting speed.32.3 The characteristics of speed adjustment of asynchronous motor.32.3.1 Variable speed adjustment method .32.3.2 Frequency conversion spee

6、d control method .42.3.3 Rotor string resistance speed adjustment method .42.3.4 The method of adjusting and adjusting speed .43 Model design of adjustable pressure speed regulation for asynchronous motor.43.1 The principle of asynchronous motor adjusting and adjusting speed .43.2 Speed negative fee

7、dback AC voltage regulation and speed control system .63.3 The components of the adjustable speed system.63.3.1 Three phase AC voltage regulator.73.3.2 Synchronous pulse trigger.83.3.3 Feedback link .84 Matlab simulation of three phase AC voltage regulation system.104.1 Matlab introduction .104.2 Si

8、mulink library introduction .104.3 System modeling and simulation .124.3.1 Modeling and parameter setting of three phase power supply.124.3.2 Modeling and parameter setting of the synchronized flow pulse trigger.134.3.3 Modeling and Simulation of three phase AC voltage regulator circuit.144.3.4 Mode

9、ling and parameter setting of motor module .164.3.5 The feedback loop of the rotational speed and the modeling and parameter setting of the given link.164.4 The connecting diagram of the three phase AC voltage regulator with speed negative feedback.174.5 Simulation results and analysis .17iv5 Conclu

10、sion.21References .22Thanks .23Appendix .24I基于 matlab/simulink 的异步电动机交流调速系统模型设计及仿真摘要：本次论文主要是介绍三相异步电动机调速系统的类型、原理、以及各种调速系统的优缺点，并集中介绍了调速类型中的三相异步电动机调压调速方法以及其工作原理；通过对调压调速原理的分析及计算，运用 matlab 软件建立调压调速模型，通过其仿真模块，对模型进行动态仿真，输出相关的仿真结果。对仿真结果进行分析，研究模型的可靠性以及其准确性，并不断对模型修正，以使其能够更准确地反映真实情况和对实际模型的建立起到一定的辅助作用。另外，通过此次相关

11、的设计，更加深入地了解 matlab 软件及其仿真模块在实际研究应用中起到的重要作用。关键词：异步电动机 调速 matlab 仿真IIDesign and Simulation of AC speed regulation system for asynchronous motor based on matlab/simulinkAbstract This paper is mainly three-phase asynchronous motor speed control system of the types, principles, and speed control system o

12、f the various advantages and disadvantages, and introduces the speed regulating type three-phase asynchronous motor variable voltage speed control method and the working principle; by reversed pressure speed control principle of analysis and calculation, using MATLAB software voltage control model i

13、s built, through the simulation module, the model of dynamic simulation, the result of the simulation output. The simulation results were analyzed, and the model for the study of the reliability and the accuracy, and continue to the model correction, to enable them to more accurately reflect the rea

14、l situation and the actual model is established to assist. In addition, through the relevant design, more in-depth understanding of the important role of MATLAB software and its simulation module in practical research and application.Keywords: Asynchronous motor; Adjust speed; Matlab; Simulation11 绪

15、论1.1 研究目的及意义1.1.1 研究目的Matlab 软件应用十分广泛，在电气专业也有十分广泛的应用。本次的论文便是利用 matlab 软件设计三相交流调压调速系统。除了是为了更加深入地了解该软件的应用之外，更重要的目的就是将学习到的电机学的理论系统化、抽象化，利用抽象化的模型研究电机学关于调速方面的知识。并将得到的数据进行分析，确定如何选择调速电机。1.1.2 研究意义设计电机的一套调速系统可以有很多方法，可以通过理论研究直接用实物直接设计调速系统，也可以先通过先进的仿真软件搭建虚拟的模型，然后对其进行仿真来验证模型的可靠性，最后根据可行的模型设计实际的调速系统。两种方法都有各自的优缺点

16、，前者更接近于实际应用的情况，能够直接反映实际应用中出现的各种情况并及时调整相应的系统，但是有些器件是一次行的，用过之后就只能是当作垃圾处理掉，这对于实际器件的消耗必然是巨大的；而后者前期是不需要消耗实际的元器件的，只要会使用相关的软件（比如 matlab）并能够会利用其功能，这样就大大地节省了资源，而且设计的速度必然会前者快许多。因此，使用 matlab 软件对电动机的调速系统的设计与仿真具有无比优越的好处，不仅能够节省资源，更能够加快系统的设计速度。1.2 研究的背景直流调速的一个重要的优点就是能够实现平滑的调速，并且调速的范围很宽；还能够承受频繁的正反转切换和制动；拥有较大的承受过载的能

17、力；对于冲击性的负载的承受能力也很强大，在自动化程度较高的生产系统中能满足各种运行的条件。由于直流系统有如此多的优点，才使得其在工业生产领域里包括某些重要领域中扮演着不可替代的角色。所以，直流调速系统到现在在非人工化要求较为严格地领域部门里的调速系统的主要形式。直流调速系统逐渐地被取代的重要原因是各种价格低廉，维护方便，使用技术简单并且可靠的电力电子器件应用的到交流鼠笼型电机中，大有在未来中取代直流调速装置的趋势。1.3 国内外研究现状在上个世纪 80 年代之前，对于电动机的速度的改变方式，直流调速的方法一直是处于主导地位的。虽然交流变频调速相比于直流调速的优势很早人们就认识到了，但是当时的技

18、术以及硬件的限制使得其未能很快地发展起来。伴随2着电子技术的发展，以往的受到限制的方面逐渐地得到解决，比如电力电子器件，微机原理的应用，单片机的出现都为现代交流调速奠定了良好的基础。改革开放以前，我国的交流调速相比于西方国家存在的差距是巨大的，远远落后于发达国家；但改革开放后我国在电动机等调速方面发展的势头可谓是突飞猛进。 起步较晚，但增长速度却有着巨大的潜力，特别是有了国家项目的支持，不仅是高校及科研院所，企业公司的研究积极性也是很高的。我国传动系统调速的态势有以下几个方面:1）基础硬件的研究方式方法及理论应用与国外相差是不大的；2）由于全国性的技术整体的影响，虽然国家在各个方面的投入的各种

19、资源已经很多，但是技术的分享与信息的沟通限制了国内整个产业的更加快速的发展；3）研究所使用的一些最基本的器件的制造并没有形成很大规模，一次相应的技术也没能得到长足的发展；4）与该技术相关的辅助产业落后；5）信息的不流通导致生产方与需求方的供求关系没能处理好，生产方卖不出去，需求方找不到卖家。交流调速技术在其他的国家早已经得到的全面的应用。美国有 60% - 65%的发电量用于电机驱动，由于有效地利用了变频调速技术，仅工业传动用电就节约了 15% - 20%的电量 1。外国的大容量的调速系统要比国内的技术发展的更快，其使用的交流变频调速技术已经应用到国民生产中的各个部分，极大地促进了工业生产的发

20、展进程，节省了大量的能源与人力资源。如今，国外用于直流调速的装置的生产已经快速的下滑，相反的是，交流调速方式呈上升的趋势。以日本为例, 1975 年在调速领域,直流占 80%, 交流占 20%； 1985 年交流占 80%,直流占 20%。到目前为止 , 日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外,几乎所有的调速系统都采用交流变频装置 1。工业强大的国家在国家的重要领域大量地使用交流调速系统，极大地推动了经济的发展。1.4 研究方法首先学习了 matlab 软件及其 simulink 方面的有关知识，通过对有关模型的运行，理解 matlab 仿真运行操作方式；其次复习了电机学、电机拖动以及电力

21、电子技术的有关知识，深入了解有关电动机的运行方式、机械性能、调速原理、电力电子器件在电动机调速中的应用；最后，通过 matlab 软件搭建出了异步电动机调压调速的仿真模型，并对仿真结果进行了分析以及对原有模型的改进。2 异步电动机的调速系统2.1 异步电动机调速系统的分类由恒定频率电源供电的感应电动机，能极好地满足完全恒速驱动的需求。然而，许多电动机的应用场合，需要几个速度或者甚至转速在一定的范围内连续可调。从早期的交流电力系统开始，工程技术人员就一直致力于调速交流电3动机的开发 2。三相异步电动机转速公式为：n=60f/p*(1-s)。由公式可知，转速与供电系统的频率成正比，与电机的极对数以

22、及转差率成反比。从交流调速的本质内容来看，不同的调速方式一则是改其同步转速，二则是改变其转差率。异步电机调速方法可以通过改变电机的同步转速或者通过改变运行的转差率来改变电动机的转速。前者包括改变极数或改变线路频率，后者包括改变线路电压、改变转子电阻或施加适当频率的电压加到转子电路来改变。2.2 异步电机调速原理简介2.2.1 变极电动机 在变极电动机中，定子绕组设计成通过简单改变线圈的连接，就可以按2:1 的比例改变极数，于是可以选择两个同步转速中的任意一个。用两套独立定子绕组，每一套都按改变极布置，就可以得到 4 个同步转速。 2.2.2 变频调速电枢的频率控制是通过变频器实现的。变频器是利

23、用电力半导体器件的通断作用把电压、频率不变的交流电压变成电压、频率都可变的交流电源。如今使用较广的变频器的变频方式为从直流变为交流，然后再由交流变为直流的方式，即所说的交交变频 3。交交变频的工作方式时利用整流器将处于工频的交流电源整成直流，整成之后的直流再用逆变器将直流逆变成电压和频率都可以人为控制的交流电源，以供给交流电动机使用。2.2.3 转子串电阻调速绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低 4。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。2.2.4 调压调速调压调速是通过改变输入电动机电枢绕组的电压来控制电机的速度，这也是本论文要设计的一种调速方法。2.3 各种异步电机调速的特点2.3.1 变极调速方法 1）具有较硬的机械特性，稳定性良好；2）无转差损耗，效率高；3）接线简单、控制方便、价格低；4）有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；5）可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。