基于MATLAB的三相异步电机恒压频比调速仿真
摘 要
随着电力电子器件的产生，异步电机的调速问题得到了很好的解决，调速性能甚至优于直流电机，电力电子器件的产生给异步电机的调速问题带来了福音。
异步电机的调速有多种方法，转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的一种控制转速方式，在一般的变频调速装置里面都嵌入有这项功能，工作方式为恒压频比的调速方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，使用起来也相对方便，是通用变频器的基本模式。但在低压时候需要一定的补偿电压，采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中的转差率会保持不变，电动机的所以会机械特性会相对较硬，电动机有较好的调速性能。
正选脉冲宽度调制三相逆变电路，是一种以三角波做载波的应用冲量等效原理而获得理想交流电源的电路装置，在调制比与载波比一定的条件下，通过调节外加直流电源的大小就可以获得在额定频率下产生额定电压的正选电压波，通过调节正弦波的频率就可以得到理想的电压频率波，而且调节输入正弦波的频率能得到线性的输出电压幅值。MATLAB在电气领域中的运用随处可见，在这里可以运用MATLAB里的Simulink仿真出具体的模型，通过示波器来观察具体的波形，从而进行进一步的分析。
关键词：异步电动机,变频调速，MATLAB 仿真，正弦脉冲宽度调制
I
Abstract
With the generate of power electronic devices,Asynchronous motor speed control issues have been solved well,Velocity modulation performance even better than the DC motor,Can be said that the generation of the power electronic devices brought the gospel to the asynchronous motor of its speed control.
There are several methods to control the asynchronous of its speed,The open-loop and constant V/F is the basic control way of the AC motor,Generally frequency control devices have this feature , The control way constant of V/F can fit the most occasions to AC motor speed control requirements, and easy to use, and is the model of general-purpose inverters. However, it need a certain amount of compensation voltage, The control way of the constant V/F can keep the slip of the AC motor constant, so the mechanical characteristics of the motor is hard, the motor has good velocity modulation performance.
Sine pulse width modulated three-phase inverter circuit, use the triangular wave to be the carrier and the impulse equivalence principle to obtain the desired AC power circuit way, when the modulation ratio and carrier ratio are constant, by adjusting the applied DC power, the size rate frequency and rated voltage can be selected .We can obtain ideal voltage frequency wave just by adjusting the frequency of the sine wave, and we also can obtain linear output voltage amplitude by adjusting the frequency of the sine wave. The use of MATLAB in the electrical field can be found everywhere, we can use the Simulink model in MATLAB to simulate specific model, and oscilloscope can be used to observe the waveform for further analysis Keywords:Asynchronous motor,frequency conversion velocity modulation, MATLAB simulation,sine pulse width modulation
II
目 录
摘 要............................................................. I ABSTRACT ...................................................... II 1 绪言
1.1 课题背景 ........................................................ 1 1.2 课题研究的目的和意义 ............................................ 1
2 系统设计方案的研究
2.1 系统的控制特性与系统要求 ........................................ 2 2.2 系统的实现原理 .................................................. 3 2.2.1 三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制 .......................... 3 2.2.2 异步电机的变压变频调速原理与其机械特性......................... 5 2.3 系统实现方案分析 ................................................ 9
3 MATLAB模块设置及仿真
3.1 MATLAB介绍 ................................................... 10 3.2 MATLAB模块选用以及参数设置 .................................. 11 3.3 仿真结果图形及其分析 ........................................... 20
总 结............................................................ 29 致 谢............................................................ 30 参考文献 ......................................................... 31
1 绪言
1.1 课题背景
在过去的很长一段时间里，异步电机的调速问题一直很难解决，在需要用到电机的调速系统时候往往是用直流电动机代替，而又因为直流电机存在电刷，在电机的运行过程中容易产生火花对电机的寿命产生影响，在电力电子逆变电路产生之前，这个问题一直得不到很好的解决。随着电力电子器件的产生和发展，SPWM逆变电路技术的成熟解决了这一难题，对于异步电机的调速一般有以下几种方法：变频调速，弱磁调速，改变极对数，其中变频调速是最直接，也是最容易实现的，变频器的产生，解决了异步电机的调速问题，调速性能甚至能做到优于直流电机，随着社会的不断进步，经济的不断发展，科学技术的不断向上提高，能源的缺乏已成为人类进步的绊脚石，为了寻求高效可用的清洁能源，各个国家都相继投入大量的人力和财力，进行不懈的努力与研究。就现阶段来说，电能是全球使用量最多的清洁能源，不幸的是它也是浪费最多的清洁能源，从电机控制入手，应该是解决这一问题的最好方式。异步电动机可以将电能转化成机械能以及其它清洁能源，使用量也是相当广泛，我们经常在社会生活中将其很好的利用起来，一半以上的能量被用于异步电机的能量转换在发达国家中，而这些所消耗的能量的电机中大部分都是异步电动机，异步电机的潜在使用价值可见一斑。在国内，电机的总装机容量已达4.4亿千瓦，年耗电量达6685亿千瓦时，约占工业耗电量的85%多，中小型的异步电机在使用过程中占主要分量，或许是由于设备的陈旧以及制造技术的不到位，以及理论研究的不到位，导致能源的浪费问题十分严重。能源工业作为国名经济的经济基础，对于社会的发展、经济的发展和人民生活水平的提高都起着相当重要的作用，在经济高速发展的今天，我国能源工业面临着环境保与护经济增长的双重压力，有资料显示，由于受到部分技术以及不部分资源的限制，我国能源有效利用效率比发达国家相对要低。为此，国家十二五计划中，在电机系统节能的相关方面使用的资金总量高达515亿元之多，可见，异步电动机的变频调速问题在我国将有着巨大的市场潜能。
1.2 课题研究的目的和意义
笼式三相异步电动机结构相比绕线式异步电机而言结构简单、运行可靠、重
量轻、最为关键的是价格要相对便宜，从而使用量很大，但其主要问题是调速问题一直得不到很好的解决。正由于此，通过此的课程设计，来加深对三相异步电机的变频变压调速问题的认识，深化理论知识的学习。任何一个课题的完成都意味着汗水，都需要付出不懈的努力与宝贵的时间，更是一次对自己本科理论知识学习的一次挑战，是一次检验自己的机会，此次课题需要运用到大量
的理论知识，需要我们查询很多的书籍与资料，温故而知新，将理论与实际结合起来，用实际行动创造可能，创造价值，锻炼自己独立思考，坚持不懈的品德。一个成功的课题必定会有一定的 难度，若想成功，必定会经历一些困难，经历一些磨难，但这些困难与磨难最终必将成为你日后成功路上的垫脚石，深化对异步电机调速系统的认识。通过对MATLAB的仿真研究，可以很直观的得到各个参数的波形图，进而能够加深对异步电机变频调速的认识，对日后的更深一步的研究会有很大的帮助这次课题研究对于我来说有着很大的意义，不仅可以使我们在学校中的理论知识得到在实践中的应用，而且有能够清楚的认识到理论与实际的差别与距离，能够使我们在课程的设计中起主导地位，也能使我们获得意想不到的收获，以该活动为载体，通过设计和运行，以及反复的运行与调试，我的动手能力得到了很好的提高，也加深了理论方面的相关知识的学习，是对自己理论所学的检测，更是对自己的一次挑战，让自己深刻认识到自己的不足与优势，可以强化优势，不断学习，弥补劣势，为以后更深一步的学习做好铺垫，打好基础。
2 系统设计方案的研究
2.1 系统的控制特性与系统要求
根据异步电机的转速公式 n?(1?s)n1，n1?60f1/np，s?(n1?n)/n1,可以得
到若是想可以调节同步频率，极对数，转差率来调节异步电机的转速，该系统