交流电机开闭环调压调速讲义.pptx

基于MATLAB/SIMULINK的交流电机开/闭环调压调速系统仿真 背景介绍 随着工业化的发展，各行各业使用的风机、水泵、空调等负载多为交流电机拖动，交流电机普及程度高，发展前景广阔。研究电机调速，找出符合实际的调速方法能最大限度的节约能源，所以研究调压调速就显得很有必要。三相异步电机调压调速控制系统是一种比较简单实用的调速系统，该系统具有良好的运行、控制及经济性能，显示出巨大的发展潜力。 MATLAB软件以其方便，快捷，高效等优点而被广泛的应用于各个领域的研究，其中Simulink平台拥有丰富的模块库，为各种仿真和计算提供了极大的便利。在本课题中，分析了异步电机调速的原理，并通过Simulink搭建模型，分别对异步电机开环控制系统与速度反馈闭环控制系统进行了仿真。 交流电机调压调速原理 由电机原理可知当转差率s基本保持不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电动机转速的目的。 改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。交流调压器是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子绕组之间，通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。晶闸管三相交流调压电路的连结方式很多，各有其特点。这里采用三相全波星型联接的调压电路。 交流电机调压调速原理 电机绕组星型联接时的三相分支双向控制电路用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串接在每相的绕组上。调压时用相位控制。当负载电流流通时，至少有一相的正向晶闸管和另一相的反向晶闸管同时导通，所以要求各晶闸管的触发脉冲宽度都大于60°。本次课题采用三对反并联的晶闸管分别串联在三相交流电源线路中，再接到交流电机定子绕组上，通过控制晶闸管的导通角，得到可调的交流调压电源，这样来改变电机的端电压，实现其调压调速的目的。 开环交流电机调压调速系统仿真 根据电机拖动的理论，当异步电机拖动恒转矩负载时，改变定子端电压的人为机械特性，其稳定工作点的转差率的变化范围不大。调速范围也很小。异步电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。 SIMULINK电力电子器件模型 三相交流调压器电路模块 三相交流调压器电路由三对反并联的晶闸管分别串联在三相交流电源线路上，同步6脉冲触发器的输出脉冲触发六个晶闸管，触发器的同步电压取自于三相电源的线电压。并对其进行封装。 SIMULINK电力电子器件模型 同步六脉冲发生器模块 同步六脉冲发生器用于产生三相桥式整流电路晶闸管的触发脉冲，在一周期内产生6个触发信号间隔60°的触发信号。输入端alpha-deg用于给定移相控制角大小，输入端AB、BC、CA用于接入同步信号，使触发器产生的触发信号与晶闸管触发信号一致。 SIMULINK仿真模型 交流电机拖动恒定负载。测量信号分配器仅仅测量电机转速并输出，三相电源与交流电机定子电压用示波器检测波形。 仿真结果 取0s~0.04s仿真时间，触发器控制角分别为30度、45度时三相电源与电机定子电压波形： 仿真结果 取0s~3s仿真时间，触发器控制角分别为30度、45度时电机输出转速： 仿真结果 取0s~3s仿真时间，触发器控制角为60度时电机输出转速 仿真结果分析 交流调压器可以实现加在电机定子电压的调整，通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。同时，可以看到，改变触发器控制角，电机三相定子电压与转速稍有改变，调速范围比较小，稳定性差。触发角给到60度时响应速度很慢。因此，考虑使用闭环控制对其进行优化。 闭环交流调压调速系统原理 速度负反馈闭环调压调速系统的工作原理：将速度给定值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的电压的大小。因此，改变了速度给定值就改变了电动机的转速。 将以上开环系统的转速输出端信号反馈到输入端与给定值进行比较的控制即构成速度反馈控制系统，这就是反馈控制系统。? SIMULINK仿真模型 仿真结果 取0s~3s仿真时间，电机输出转速 仿真结果分析 由于采用了速度负反馈从而实现了平稳、平滑的无级调速。同时当负载发生变化时，通过速度负反馈，能自动调整加在电动机定子绕组上的电压大小，由速度调节器输出的控制电压使晶闸管触发脉冲前移，使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。 请老师批评指正