基于MATLAB的三相异步电机恒压频比调速仿真.docx
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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
bstract
Withthegenerateofpowerelectronicdevices,Asynchronousmotorspeedcontrolissueshavebeensolvedwell,VelocitymodulationperformanceevenbetterthantheDCmotor,Canbesaidthatthegenerationofthepowerelectronicdevicesbroughtthegospeltotheasynchronousmotorofitsspeedcontrol.
Thereareseveralmethodstocontroltheasynchronousofitsspeed,Theopen-loopandconstantV/FisthebasiccontrolwayoftheACmotor,Generallyfrequencycontroldeviceshavethisfeature,ThecontrolwayconstantofV/FcanfitthemostoccasionstoACmotorspeedcontrolrequirements,andeasytouse,andisthemodelofgeneral-purposeinverters.However,itneedacertainamountofcompensationvoltage,ThecontrolwayoftheconstantV/FcankeeptheslipoftheACmotorconstant,sothemechanicalcharacteristicsofthemotorishard,themotorhasgoodvelocitymodulationperformance.
Sinepulsewidthmodulatedthree-phaseinvertercircuit,usethetriangularwavetobethecarrierandtheimpulseequivalenceprincipletoobtainthedesiredACpowercircuitway,whenthemodulationratioandcarrierratioareconstant,byadjustingtheappliedDCpower,thesizeratefrequencyandratedvoltagecanbeselected.Wecanobtainidealvoltagefrequencywavejustbyadjustingthefrequencyofthesinewave,andwealsocanobtainlinearoutputvoltageamplitudebyadjustingthefrequencyofthesinewave.TheuseofMATLABintheelectricalfieldcanbefoundeverywhere,wecanusetheSimulinkmodelinMATLABtosimulatespecificmodel,andoscilloscopecanbeusedtoobservethewaveformforfurtheranalysis
Keywords:
Asynchronousmotor,frequencyconversionvelocitymodulation,MATLABsimulation,sinepulsewidthmodulation
目录
摘要I
ABSTRACTII
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3
2.2系统的实现原理4
2.2.1三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制4
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
3MATLAB模块设置及仿真
3.1MATLAB介绍11
3.2MATLAB模块选用以及参数设置12
3.3仿真结果图形及其分析21
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,,,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,该系统运用的是变频调速,但是根据公式,若是直接调节频率可会导致气隙磁通的改变,导致过励磁或者欠励磁,会导致条数性能的非线性化,这样的变频调速是我们所不希望的,调节时的机械特性也会过软且呈现非线性,这里最主要的是保持气隙磁通在变频的时候保持不变,这样转差率在气隙磁通不变的时候也会保持不变,这样才能保证变频调速的平滑线性,我们把的变频调速方式成为恒压频比的变频调速。
转速开环恒压频比控制异步电动机的变频调速是最基本的一种相对简单的控制方式,传统的变频调速系统装置都能够完成异步电机的调速问题,而这种相对简单的控制方式也能够满足一般系统的调速要求,使用起来也会变的方便。
采用这种控制方式能够很好的保证系统的调速性能,在低频段调速的时候能够保持气隙磁通的恒定,在负载一定的条件下,能保持气隙磁通的不变,所以能够很好的保持转差率的不便,因此它的机械特性会比较硬,调速系统近似于直流电机,调速性能当然能够保持的很好。
但是假如频率变的低了以后,电压在定子阻抗上的压降经会变的突出,电动机就很难再保持气隙磁通不变,电动机的最大转矩将随着频率的下降而降低。
为了使电动机在低频低速时仍有较大的转矩,且能够使调速呈现线性变化,当频率较低时可以提高异步电机电枢电压来作为补偿,称为低电的压补偿,这样才能保证异步电机有较大的输出转矩。
2.2系统的实现原理
2.2.1三相逆变器输出电压和波形的SPWM控制
图2.1三相逆变器
图2.1是SPWM变频用的主电路,图中T1到T6是逆变器的六个功率开关器件,各有一个续流二极管与之反并联接,整个逆变器由三相整流器组成,并且由直流电源来保证电枢电压,SPWM的触发电路是由三相对称的正弦电压信号与三角载波信号比较而成
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