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基于MATLAB的交流电动机调速系统仿真

基于matlab-simulink的交流电动机调速系统仿真

1绪论

1.1课题研究背景及目的

1.1.1研究背景

直流变频系统的主要优点是变频范围广、静差率大、稳定性不好以及具备较好的动态

性能。在相当短时期内，高性能的变频系统几乎都就是直流变频系统。尽管如此，直流变

频系统却无能为力直流电动机本身的高速运行和在严酷环境下的不能适应环境问题，同时

生产大容量、高转速及低电压直流电动机也十分困难，这就管制了直流拖曳系统的进一步

发展。

交流电动机自1985年出现后，由于没有理想的调速方案，因而长期用于恒速拖动领

域。20世纪70年代后，国际上解决了交流电动机调速方案中的关键问题，使得交流调速

系统得到了迅速的发展，现在交流调速系统已逐步取代大部分直流调速系统。目前，交流

调速已具备了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率以及可以四象限运行等

优异特性，其稳、动态特性均可以与直流调速系统相媲美。

与直流变频系统较之，交流变频系统具备以下特点：（1）容量大；（2）输出功率低

且耐热高压；

（3）交流电动机的体积、重量、价格比同等容量的直流电动机小，且结构简单、

经济可信、惯性大；

（4）交流电动机环境使用性强，坚固耐用，可以在十分恶劣的环境下使用；（5）高

性能、高精度的新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样的性能指标；（6）交流调速

系统能显著的节能；

从各方面看看，交流变频系统最终将替代直流变频系统。1.1.1研究目的

本课题主要运用matlab-simulink软件中的交流电机库对交流电动机调速系统进行仿

真，由仿真结果图直接认识交流系统的机械特性。本文重点对三相交流调压调速系统进行

仿真研究，认识pid调节器参数的改变对系统性能的影响，认识该系统动态及静态性能的

优劣及适用环境。

1.2文献综述

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基于matlab-simulink的交流电动机变频系统仿真

在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电

能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机

的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因

此，调速技术一直是研究的热点[1][2]。而交流调速系统凭着其绝对的优势，最终必将取

代直流调速系统[3]。

近几年来，科学技术的快速发展为交流变频技术的发展缔造了极为不利的技术条件和

物质基础。交流电动机的变频系统不但性能同直流电动机的性能一样，而且成本和维护费

用比直流电动机系统更高，可靠性更高[4]。目前，国外一流的工业国家生产直流传动的

装置基本呈圆形上升趋势，交流变频变频装置的生产大幅度下降。在日本，1975年在变频

领域，直流占到80%，交流占到20%；1985年交流占到80%,直流占到20％[5]。至目前为

止，日本除了个别的地方还稳步使用直流电机外，几乎所有的变频系统都使用变频装置

[6][7]。

计算机仿真技术在交流调速系统的应用，使得对交流调速的性能分析和研究变的更为

方便。传统的计算机仿真软件包用微分方程和差分方程建模，其直观性、灵活性差，编程

量大，操作不便。随着一些大型的高性能的计算机仿真软件的出现，实现交流调速系统的

实时仿真可以较容易地实现[8]。如：matlab软件已经能够在计算机中全过程地仿真交流

调速系统的整个过程。matlab语言非常适合于交流调速领域内的仿真及研究，能够为某些

问题的解决带来极大的方便并能显著提高工作效率。随着新型计算机仿真软件的出现，交

流调速技术必将在成本控制、工作效率、实时监控等方面得到长足进步[9][10]。

交流变频技术发展至今天，相对而言已经比较明朗，在工业中获得了广为的应用领域，

但是随着一些代莱电力电子器件和一些代莱控制策略的发生，工业应用领域对交流变频系

统又加了代莱建议，现代交流电机变频技术的研究和应用领域前景十分宽广。

20世纪80年代中期研制开发出一种新型交流调速系统――开关磁阻电动机调速系统，

它将新型的电机、现代电力电子技术与控制技术融为一体，形成一个典型的机电一体化的

调速系统。由于它在效率、调速性能和成本方面都具有一定的优势，已成为当代电力拖动

的一个热门课题，将会在调速