异步电动机带风机泵类负载调压调速docx.docx
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一、设计任务和要求
1)、学习异步电动机调压调速系统的工作原理,掌握闭环系
统结构框图;
2)、学习MATLABS序设计语言和SIMULINK熟悉相关的模
块功能;
3)、利用SIMULINK建立闭环调速系统仿真模型;
4)、利用模型分析调速系统的性能。
二、实验设备
1)、计算机一台
2)、MATLA仿真软件
三、异步电动机调压调速工作原理
调压调速即通过调节通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。
理论依据来自异步电动机的机械特性方程式:
'田L〔(尺1+Rjg、'+罰(兀i+厶£〉']
其中,p为电机的极对数;
wi为定子电源角速度;
Ui为定子电源相电压;
R'为折算到定子侧的每相转子电阻;
Ri为每相定子电阻;
Lii为每相定子漏感;
Li2为折算到定子侧的每相转子漏感;
S为转差率。
异步电动机转子和定子回路参数是固定的,在转差率恒定时,电
磁转矩和定子电压平方成正比,因此通过改变电机的定子电压就可以实现转速变化。
在恒转矩此方式调速范围较窄,面对风机负载来说,可以得到较大的调速范围,如图1所示。
图中垂直虚线为恒转矩负载线,可以看出调压调速对于恒转矩负载,调速范围很小(A-B-C),而对于风机类负载调速范围则较大(F-E-D)。
图1异步电动机在不同电压的机械特性
异步电动机调压是一种比较简单的交流电机的调速方法,实现调
压调速的方法有三种,现在采用晶闸管调压调速,如图2所示
图2异步电动机调压调速原理图
采用晶闸管调压调速通常有相位控制方式,相位控制方式是通过改变晶闸管的导通角,来实现调压器输出交流电压值。
四、实验仿真过程
基于转速负反馈控制异步电机调压调速系统主要包括速度闭环、脉冲触发器、三相调压器以及被控交流异步电动机组成。
(一)、三相调压器建模仿真模型
1三相调压器仿真模型
三相调压器由三对并联的晶闸管元件组成,Thyristor(晶闸管),位于Powerelectronicnics库中,采用相位控制方式,利用三相交
流电源自然环流实现关断。
三相调压器仿真模型如图3所示,其中每个晶闸管参数设置为默认值。
三相调压器环节中最为重要部分是三相晶闸管出发顺序,要求触
发脉冲与相应的三相交流电源有一致的相序关系,而且各触发脉冲之
间有一定的相位关系。
因此触发脉冲的顺序为V1-V2-V3-V4-V5-V6,
其中V1-V3-V5之间和V4-V6-V2之间互差120°,V1-V4之间、V3-V6之间、V5-V2之间互差180°。
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图3三相调压器仿真模型
2、6脉冲同步触发器模型
同步电源是将三相电压源的相电压转换成线电压,从而实现6脉
冲触发器所需的三相线电压同步。
三相线电压具体实现是通过
Measurements库中的VoltageMeasurement(电压测量)模块,电压
测量模块可以将电路中两个节点的电压值,并提供其他电路或者用于输出。
6脉冲同步触发器具体的电气连接如图4所示
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图46脉冲同步触发器模型
6脉冲同步触发器有5个输入和1个输出端子,各部分功能如下:
Alpha_deg:
此端子为触发脉冲触发角控制信号输入;
AB/BC/CA三相电源的三相线电压输入,即VabVbc和Vca;
Block:
触发器控制端,输入为0时开放触发器,输入大于0时圭寸锁触发器;
Pulses:
6脉冲输出信号;
Alpha_deg:
脉冲出发相位角。
将6脉冲同步触发器的模块拖拽到模型窗口,双击该模块,打开
BlockParameters:
Synchronized6-PulseGenerator对话框,如图
5所示。
参数如下:
Frequencyofsynchronizationvoltages(hz):
同步电压频率(赫
兹)。
Pulsewidth(degrees):
触发脉冲宽度(角度)。
Doublepulsing:
双脉冲出发选择。
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图56脉冲触发器参数设置
3、开环带电阻模块仿真
将电动机负载改成电阻负载,输出带电阻负载建模如图6所示,
仿真图如图7所示,当改变触发角时调压器对应输出电压也随之
改变。
触发角越大波形的峰值电压越低,输出电压也越低。
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Hc 图6带电阻负载建模 l>bvi«ri H9 AA/V -Ssri-i 图7a=60°时调压器输出电压 图8a=90°调压器输出电压 (二八异步电动机带风机泵类负载开环调压调速模块 1)、当异步电动机拖动恒转矩负载时,改变定子端电压的人为机械特性,其稳定工作的转差率的变化范围不大。 调速范围也很小。 异步电动机开环调速系统的稳定精度也不高,所以这种开环调压调速系统应用不多,只作为讨论闭环调压调速的仿真基础。 但是当加上风机泵类负载后其调速范围大大增加,未加上速度闭环的开环调压调速模块如图10所示 ■-CrariiOiH- Gw” DupLifiT iaNvraiiqmanl^ Pudsrtt ■jim T*plm)1 V4tu^ibuhjuuiifriaril : : : 几“ DHpirjr? 1 3HP-22flV ki: VotJit*Smjiei-I I ».L^Kipv9e>jiei|: wruih o M咖hM«V'«*TTTfrt C+Hriinl fvnclwonnri 图9开环调压调速系统仿真模块 开环时电动机的输出转矩如图11所示,由于电动机加的是很转矩负载,电动机启动时转数迅速升高,转矩波动较大,经过1.5s后当转速上升到1700r时,转速趋于稳定,转矩也逐渐稳定,并且一直稳定在20nm左右。 图10开环转矩 2)、开环仿真模块的仿真图,转速平滑上升,并最终稳定在1700r 左右。 图11a=30。 时,开环仿真转速曲线 图12a=45°时,开环仿真转速曲线 当触发器控制角a=30。 时,电机转数平滑上升并趋于稳定运 行。 由上述几张开环仿真转速图可知,开环系统比较不稳定,受触发 角的影响比较大,输出转速的扰动也比较大,当a=30°时转速上升 迅速,在0.4秒左右转速到达给定值,并稳定在给定值。 随着触发角的增大,当触发角到达45时,转速上升时间约为1.7秒,转速上升时间比较长。 故加上速度负反馈,构成闭环系统。 (三)异步电动机带风机泵类负载闭环调压调速模块 1)调压调速结构图 它与单闭环直流调速系统的静态结构框图非常相似,只要将直流调速系统中的晶闸管整流器、直流电动机换成晶闸管交流调压器(图中的晶闸管调压装置)、异步电动机即可。 2)调压调速系统仿真模型 异步电动机速度负反馈闭环调压调速系统的仿真模型如下所示,将速度给定值(1200)与速度反馈值进行比较,比较后经速度调节器得到控制电压,再将此控制电压输入到触发装置,由触发装置输出来控制晶闸管的导通角,以控制晶闸管输出电压的高低,从而调节了加在定子绕组上电压的大小。 因此,改变速度给定值就改变了电机的转速。 由于采用了速度负反馈从而实现了平稳平滑的无级调速。 同时负 载发生变化时,通过速度负反馈,能制动调整加在定子绕组上的电压 的大小,由速度调节器输出的控制电压使晶闸管触发脉冲迁移,是调 压器的输出电压提高,导致电动机的输出转矩增大,从而使速度回升, 接近给定值 -曲出◎妙 At5auu •r.ta-W Sr H;Wm” >*a ;: 」伫 [■HF4JTp2 NMP-ZSQWeaHe-17aip-m1 Bq也rtl__—'jk|^(: #卩.|冋 ^fUAwI1> I~亠||HjmErviix.d 匚4-gaur± 应竺: f甲ggMJ・ f»1冲严up*► iTrkg ipl □□ Q&rarijfit± 偌■卫1 ■Turf 图14闭环调压调速系统仿真模型 转速负反馈控制异步电机调压调速系统仿真模型参数如下: 仿真参数设置: 仿真算法选择为ode23tb,仿真时间0~5s,其他 为默认值。 3)异步调压调速仿真转速,给定触发器控制角a=30 图15电源电压为220V时,异步电机转速输出曲线 图16电源电压为300V时,异步电机转速输出曲线 图17电源电压为330V时,异步电机转速输出曲线 电动机刚启动时,由于带有恒转矩负载,启动时电机转数有些波动,但一直处于上升阶段,当转速超过1200r时,PI控制器介入, 直到上升到1700r左右时,转速开始下降,逐渐下降到给定值1200r,并稳定在1200r转动。 图18电动机输出转矩 五、课程设计体会: 1)、深刻认识到学习理论知识的重要性,MATLA仿真软件的重要性; 2)、团队合作很重要,一个好的团队可以让设计更加完美,更加有效率; 3)、老师的细心教导让我对专业知识,尤其是MATLAB^件的使用中,收获很大; 4)、在课程设计中,也遇到了很多困难。 经过了团队的仔细研讨克服了困难。
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