黄石理工学院 课程设计报告
3 交流调压调速系统的Matlab仿真
3.1 交流调压调速系统的建模
（1）三相电源的建模
三相电源要可以由三个独的单相交流电压源组成，如图8-1所示，一个单相交流电压源主要有三个参数，1、峰值电压Peak amplitude；2、相位Phase；3、频率Frequency。在此需要的是线电压380V，50Hz的交流电，顺因而每个交流电压源的幅应设为311V，频率设为50Hz，Va、Vb、Vc的相位分别设为0°、-120°和12°
（2）晶闸管三相交流调压器的建模
晶闸管三相交流调压器通常是采用三对反并联的晶闸管元件组成，单个晶闸管元件采用“相位控制”方式，利用电网自然换流。每对反并联晶闸管的仿真模型如图3-2所示。
（3）移相触发器的建模
交流调压晶闸管控制角?的移相范围是180°，?=0°的位置定在电源电压过零的时刻。在阻感负载时按控制角与负载阻抗角[??arctan(L/R)]的关系，电路有两种工作状态。
1、????180?时
调压器输出电压和电流的正负半周是不连续的，在这范围内调节控制角，负载的电压和电流将随之变化。
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图3-1 三相交流电源的模型
a）一对反并联晶闸管的仿真模型 b）一对反并联晶闸管的仿真模型符号
图3-2 一对反并联晶闸管的仿真模型及其模块符号
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1、0?????时
调压器输出处于失控状态，即虽然控制角变化，但负载电压不变，且是与电源电压相同的完整正弦波。这是因为阻感负载电流滞后于电压，因此如果控制角较小，在一个晶闸管电流尚未下降到零前，另一个晶闸管可能已经触发（但不能导通），一旦电流下降到零，如果另一个晶闸管的触发脉冲还存在，则该晶闸管立即导通，使负上电压成为连续的正弦波，出现失控现象。正因为如此，交流调压器的晶闸管必须采用后沿固定在180°的宽脉冲触发方式，以保证晶闸管能正常触发。根据以上要求设计的交流调压器触发电路如图3-3所示。其中In1为同步电压输入端，In2为移相控制电压输入端，Out2和Out3为两个差180°的触发脉冲输出端。
（4）转速调节器（PI）的建模
转速调节器采用PI调节器，其传函为：
WPI(s)?Kp?11??s?KpKis?s图3-3 交流调压器触发模型及其符号
式中，KP为比例系数；Ki为积分系数；??KpKi。
由上述PI调节器的传递函数可以直接调用SIMULINK中的传递函数或零极点模块。而考虑饱和输出限幅的PI调节器模型如图3-4所示。模型中比例和积分调节分为两个通道，其中积分调节器integrate的限幅表示调节器的饱和限幅企，而调节器的输出限幅值由饱和模块 Saturation设定。当该调节器作转速调节器ASR时，在起动中由于开始转速偏差大，调节器输出很快达到输出限幅值，在转速超调后首先积分器退出饱和，然后转速调节器输出才从限幅值开始下降。
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图3-4 带饱和、输出限幅的PI调节器及其模块符号
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（5）由以上的一些模块可组成如图3-5所示的交流调压调速系统的仿真模型。
图3-5 交流调压调速仿真模型
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4 交流调压调速系统的仿真
在开始仿真前，需要对仿真器参数进行设置，选择“Simulation”菜单中的“Simulation parameters”命令，出现仿真参数设置对话框。选择ode23tb算法，将相对误差设置为1e-3（1310-3），开始时间设置为0.0，停止时间设置为0.2，然后点击“OK”退出设置。单击工具栏的
按钮，即可进行仿真。
（1） 设定转速为1450 r/min，负载为零，运行仿真，得到如图4-1所示运行结果。从图可以看出，空载起动时，转速大约在0.4s达到给定转速1450r/min，随后出现超调，其峰值约达到1750r/min，随后开始下降，最终稳定在给定转速1450r/min。在这个启动过程中，电枢电流先是比较大幅度地做衰减振荡运动，随着转速接近给定值，电枢电流也几本稳定在某个值上。但电机的电磁转矩一直处于振荡状态。
（2） 设定转速为1450r/min，负载设为10，启动仿真，得到如图4-2所示的运行结果。从图可以看出，负载启动时，转速的上升明显比空载时慢，而且转速达到1000r/min后，转速上升更慢。而电枢电流在开始时出现衰减振荡，很快就几本稳定在一个电流值上。电机的电磁转矩一直处于振荡状态。
（3）设定转速为1450r/min，负载先空载，在1秒后突加大负载。模型仿真的实现方法是将图8-5中的负载给定换成阶跃信号发生模块，并将阶跃信号的延时时间设为1s，初始值设为0，终值设为50，启动仿真，得到如图4-3所示。从图可以看出，突加大负载后，转速迅速下降，直到为0。电机的电枢电流有增大。
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图4-1 交流调压调速系统在给定转速为1450r/min，空载时的仿真结果
图4-2 交流调压调速系统在给定转速为
1450r/min，负载为10时的仿真结果