三相异步电动机调速系统仿真剖析
三相异步电动机矢量控制调速系统的建模与仿真
文章编号:1008-3499(2001)02-0023-04三相异步电动机矢量控制调速系统的建模与仿真李家荣,邓智泉(南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016)摘要:简述了Matlab/Simulink软件的核心内容及已获实际应用的异步电机矢量变换控制系统的数学模型,介绍了用Matlab/Simulink为该系统建立完整仿真模型的过程,最后给出仿真结果O 关键词:异步电动机;矢量控制;调速系统;仿真;模型中图分类号:TM343.22文献标识码:A0引言异步电动机矢量变换控制系统和直接转距控制系统都是目前已获得应用的高性能异步电机调速系统,对比直接转矩控制系统,矢量变换控制系统有可连续控制~调速范围宽等优点,因此矢量变换控制系统仍为现代交流调速的重要方向之一O本文一则介绍一种实用化的异步电机矢量变换控制系统,二则通过用Matlab语言为该系统建立仿真模型的过程,使读者能熟悉Matlab软件的应用并掌握之OI Matlab/Simulink环境及特点Matlab是集命令翻译~科学计算于一身的一套交互式软件系统O它除了传统的交互式编程之外,还提供了丰富可靠的矩阵运算~图形绘制~数据处理~图像处理~方便的WindOWs编程等便利工具O Simulink是MAT~W0RKS软件公司为Matlab开发的系统模型图形输入和仿真工具O Simulink提供了丰富的模型库供构造完整的系统使用O其模型库包括:源环节~汇环节~离散时间环节~线性环节~非线性环节~连接环节~其他环节OMatlab/Simulink是开放的编程环境,它允许用户开发自己所需的模型,通过成组封装扩充现有的模型库O要建立自己的模型,方法主要如下:(1)利用现有模型组合成新模型O(2)使用Matlab/Simulink模型调用MAT-LAB函数,适于构造成y=f(I)型的函数O(3)通过S-functiOn模型构造,适于解决I/=AI-Bu型微~差分方程O总的来说,方法(1)和(2)具有局限性,适合构造较为简单的模型O方法(3)是M/S最具特色的编程方式,它在构造多输入,多输出,非线性,强耦合的复杂多变量系统时具有表述方式接近数学表述,编程简洁,计算速度快的优点O下面本文针对矢量变换控制系统各环节的不同特点综合运用上述三种编程方式建立完整的系统模型进行仿真O2异步电机矢量变换控制系统的建模与仿真2.1感应电机的状态空间模型本节将描述异步电机的数学模型,并用M/S的S-functiOn构造出其模型O在静止O,B坐标系统中,将异步电机方程写为状态方程组I/=AI-Bu形式,其中I为状态变量,u为输入变量,A~B为系数矩阵O在异步电机状态方程中,转子磁链和定子电流为状态变量,定子电压为输入变量Oddtarbrz aszTL1bs=-R rL r-c rR r L mL rc r-R rL rR r L mL rL m R rhL rL m c rh-R s L r2-R r L m2hL r-L m c rhL m R rhL r0-R s L2r-R r L2mhLTL1r-第10卷第2期2001年6月淮海工学院学报JOurnal Of~uaihai institute Of TechnOlOgyVOl.10NO.2!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!June2001收稿日期:2001-03-09a b asbsL /IL /I ~as~[]bs,(1)其中,R s 7定子绕组电阻; 7微分算子;R 7转子绕组电阻;I =L s X L -L m X L m ;L s 7a 轴上定转子等效绕组自感;c 7转子角速度;L 7b 轴上定转子等效绕组自感;L m 7坐标系中定子与转子间同轴等效绕组间的互感,电机的电磁转矩方程为,T e =N L mL( a bs - b as ),(2)机械转速方程为,dcdt=(T e -T 1-Dc )/J ,(3)2.2仿真模型图1为用Marlab /Simulink 对矢量变换控制系统建立的仿真模型,限于篇幅,仅讨论几个主要环节模块的建立,图1矢量变换控制系统仿真模型Fig .1The simulation model of vector alternate control system2.2.1电流控制变频器为保证变频器输出正弦波形的电流,选择了电流控制的变频器,变频器是电压源型,电流控制变频的模型如图2所示,其中U %a ,U %b ,U %c 与U a ,U b ,U c 的关系为,U ab =V a -V b ,U bc =V b -V c ,U ca =V c -V a ,U a =(U ab -U ca )/3,U b =(U bc -U ab )/3,U c =(U ca -U bc )/3,图2电流控制变频的模型Fig .2The model of f reguency conversion by current control2.2.2电机模型所建立的电机模型如图3所示,42淮海工学院学报 2 1年6月图3电机模型Fig .3The mOtOr mOdel图中U a ,U b ,U c 为三相电源,T L 为负载转矩,z a ,z b ,z c 为电机三相定子电流,c r 为转子角速度O 在电机模块中,三相电压U a ,U b ,U c 经坐标变换,转换成O ,B 坐标下的两相电压U a1,U b1,与检测出的角速度c r 一起构成一个矢量,作为式(1)的已知量,通过S -function 计算出定子电流和转子磁链;根据(2)求出电磁转矩T e ,再通过转距模型,计算出转子角速度c r O2.2.3转子磁链观测模型众所周知,矢量变换就是通过坐标变换,将异步电机等效成直流电机,从而可获得与直流电机一样优良的异步电机调速特征O 通常,我们将定子电流z a ,z b ,z c 经过三相/二相和旋转坐标变换后,可等效成同步旋转坐标下的直流电流z m ~z t ,z m 相当于励磁电流,z t 相当于与转矩成正比的电枢电流,其中:z m =T 2p-1L m2,z t =c f T 2L m2,(4)T 2为转子电路时间常数; 2为转子磁链;c f 为转子滑差角速度O 转子磁链观测模型如图4所示O 利用式(4),可获得转子磁链 2和转子滑差角速度c f O c f 与实测的转子角速度c r 相加,可获得转子旋转磁场角速度c S ,再经积分,即可得转子磁链相位角O图4转子磁链观测模型Fig .4The mOdel Of view by rOtOr magnetic f ield2.3仿真结果建立了仿真模型后,准备了仿真所必需的数据后,就可以进行仿真了O所选用的异步电机的性能参数如下所示:定子电阻:R S =2.460;转子电阻:R r =2.310;定子电阻:L S =O.14~;转子电感:L r =O.14~;转动惯量:J =O.OO2276kg m 2;电机相对数:n p =2;负载转矩:T L =5N m O52第2期李家荣等:三相异步电动机矢量控制调速系统的建模与仿真选择的转速指定值为1440r /min 获得了转速 定子电流 电磁转矩等曲线0图5~图6~图7分别为他们在起动过程中的仿真曲线0通过仿真结果表明 本文所阐述的异步电动机矢量控制调速系统具有优良的静~动态特性图5转速仿真曲线Fig .5The simulated curVe by rotationalspeed图6定子电流仿真曲线Fig .6The simulated curVe by statorcurrent图7电磁转矩仿真曲线Fig .7The simulated curVe by electromagnetic turning sguare3结束语本文系统而简略地介绍了Matlab /Simulink 介绍了基于Matlab /Simulink 的异步电机矢量控制系统的建模与仿真 希望本文能帮助读者尽快掌握Matlab 软件在动态仿真中的应用0参考文献:[1]陈伯时 陈敏逊.交流调速系统[M ].北京:机械工业出版社 1998.[2]陈坚.交流电机数学模型及调速系统[M ].北京:国防工业出版社 1989.[B ]王成元.矢量控制交流伺服驱动电动机[M ].北京:机械工业出版社 1995.[4]张志涌.精通MATLAB [M ].北京:北京航空航天大学出版社 2000.作者简介:李家荣(1972-) 女 江苏盐城人 盐城工学院讲师 南京航空航天大学硕士在读 从事于电机控制研究0Modelling and Simulation of vector Control adj ustable -speedSystem of asynchronous MotorLI ]ia -rong DENG Zhi -guan(Dept .of Automatic Control Nanjing university of Aeronautics g Astronautics Nanjing 210016 China )abstract :Intro d uction is ma d e to the core contents of Matlab /Simulink soft W are an d the applie d maths mo d el of vector control a d justable -spee d system of asynchronous motor .Mean W hile a brief account is giv-en to the process in W hich simulation mo d el is establishe d for this system by Matlab /Simulink as W ell as the simulation results .K ey W ords :asynchronous motor ；vector control ；a d justable -spee d system ；simulation ；mo d el(本文责任编校:褚金红)62淮海工学院学报2001年6＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝月。
三相异步电动机变频调速系统设计及仿真
三相异步电动机变频调速系统设计及仿真引言随着科技的发展和电力系统的逐步完善，三相异步电动机在工业和民用领域中广泛应用。
为了满足不同负载条件下的调速需求，变频调速技术成为了最为常用的方案之一、本文基于三相异步电动机的特点，设计了一个简单的变频调速系统，并通过仿真验证了系统的性能。
一、系统结构设计根据三相异步电动机变频调速系统的基本结构，本文设计了以下几个部分：输入电源模块、变频器模块、电机驱动模块和反馈传感器模块。
1.输入电源模块输入电源模块通常由整流器和滤波器组成，用于将交流电转换为直流电，并通过滤波器减小输出的纹波电压。
本文采用了简化的输入电源模块结构，以简化设计和仿真过程。
2.变频器模块变频器模块是整个系统的核心部分，用于将直流电转换为固定频率或可调频率的交流电。
本文采用的是PWM（脉宽调制）变频器，控制器利用脉宽调制技术对直流电进行精细的调节，从而实现对输出频率的控制。
3.电机驱动模块电机驱动模块主要由电机和驱动器组成，用于将变频器输出的交流电转换为机械能，驱动电机工作。
本文使用了三相异步电动机作为驱动器，并采用了传统的电动机驱动方式。
4.反馈传感器模块反馈传感器模块用于获取电机的运行状态和工作参数，实时反馈给控制器，以实现对整个系统的闭环控制。
常用的反馈传感器有电流传感器、速度传感器和位置传感器等。
二、设计流程本文设计的变频调速系统采用闭环控制方式进行控制，设计流程如下：1.确定控制策略根据系统需求，选择适合的控制策略。
常用的控制策略有PI控制、模糊控制和神经网络控制等。
本文选择了基于PI控制的控制策略。
2.设计控制器根据控制策略设计控制器，主要包括比例环节和积分环节。
比例环节用于根据偏差信号产生控制量，积分环节用于消除系统的静态误差。
本文设计了基于PI控制器的控制器。
3.仿真系统建模根据系统的物理特性，建立仿真系统的数学模型。
本文仿真系统采用母线电压法，通过电机的等效电路进行建模和仿真。
三相异步电机新模型及其仿真与实验
三相异步电机新模型及其仿真与实验1 引言近年来，由于电机控制技术和控制装置的发展，异步电动机的应用范围越来越广泛。
变频调速技术的不断完善，使得异步电动机也能应用于过去只能使用直流电动机的领域，并有逐渐取代直流电动机的趋势。
异步电动机的变频调速控制技术要求对异步电动机实施反馈控制，异步电动机的模型对能否获得正确的控制策略有很大的影响。
至今为止，在三相异步电动机的控制和故障诊断研究[1-3]中，绝大多数采用的是著名的PARK模型。
然而，PARK模型要在电机三相参数是对称状态时才是正确的。
当电机内部发生故障时，这个条件一般不满足。
实践证明：变频调速控制系统在电机內部故障时会产生无效甚至有害的控制后果。
电机模型不合适是重要原因之一。
很多学者为建立模拟三相异步电机內部故障的模型做了大量工作[4-5]，经典的是基于有限元计算得到的模型，这类模型可以对电机参数不对称的状态进行详细地模拟[4]。
但这类模型一般都很复杂,不适用于在线应用。
三相异步电动机还有另一种模型，即原始的相轴线模型（ABC坐标模型，方程式(1)，(2)）。
这种模型在电机三相参数不对称时仍然可以使用。
但是，这种模型的缺点是其部分参数随着电机定、转子间相对位置的变化而变化，是由一组线性变系数微分方程构成的模型。
从应用的角度来看，由于异步电机的转差，定、转子间的相对位置不断变化。
要在线检测定、转子间的相对位置并用到实时控制中去是困难的。
所以，在三相异步电动机的变频调速控制中没有采用这套模型。
针对这个问题，人们提出了很多方案[6-9]：如把不对称相等值成同其它绕组对称的绕组与一附加绕组之和的方法[6]；采用参数辨识的方法[7]等等。
但由于这些方法的基础仍是采用PARK模型，只是对其修修补补，因而效果不好。
笔者在从事三相异步电动机的故障诊断研究中，也遇到了没有合适的电机模型的问题。
通过对三相电机运行的物理机理的分析和研究，构造了一个变换函数[10]。
使用该变换函数，得到了三相异步电机的新模型。
异步电动机调速系统软件仿真实验
实验报告课程名称：机电一体化系统设计实验名称：交流异步电动机调速系统软件仿真专业班级：姓名：学号：指导教师：成绩：1.实验目的：熟悉SIMULINK环境；建立三相异步电动机恒压频比调速系统模型并仿真分析。
2.实验内容：设计并在simulinnk下搭建三相异步电动机恒压频比环调速系统3. 实验原理方案(10分)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。
4. 实验实现方案(20分)首先采用三相双极性SPWM逆变电路产生三相交流电源，全控型器件可以选用IGBT，这样通过调节外加直流电源的大小便可获的理想的输出交流电压源幅值，然后通过改变给定的频率信号来改变异步电机的转速，基本模型如下图所示图1 调速系统模型图恒压频比变频调速系统基本原理结构如图2.7所示，系统由升降速时间设定环节，U—F曲线，SPWM调制和驱动等环节组成。
其中升降速时间设定环节G1用来限制电动机的升频速度，避免频率上升过快而造成电流和转矩的冲击，起到软启动控制的作用。
三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告
三相异步电动机直接转矩控制系统仿真报告摘要：利用直接转矩控制( DTC )理论，研究异步电动机直接转矩控制调速系统的基本组成和工作原理，建立了异步电动机直接转矩控制系统的仿真模型。
利用MATLAB /Simulink软件对异步电动机直接转矩控制系统进行建模和仿真。
结果表明: DTC系统具有动态响应速度快、精度高、易于实现的优点。
仿真结果验证了该模型的正确性和该控制系统的有效性。
关键词：异步电机；直接转矩控制； MATLAB仿真1 引言自从20世纪70年代矢量控制技术发展以来，交流拖动技术就从理论上解决了交流调速系统在静动态性能上与直流调速系统相媲美的问题。
所谓矢量控制，就是将交流电动机模拟成直流电动机来控制,通过坐标变换实现电机定子电流的励磁分量和转矩分量的解耦，然后分别独立控制，从而获得高性能的转矩和转速响应特性。
直接转矩控制(Direct Torque Control DTC)是在矢量控制基础之上发展起来的，是继矢量控制以后提出的又一种异步电动机控制方法。
其思路是把异步电动机和逆变器看成是一个整体，采用电压矢量分析方法直接在静止坐标系下分析和计算电动机的转矩和磁链，通过磁链跟踪得出PWM 逆变器的开关状态切换的依据从而直接控制电动机转矩"与矢量控制相比，直接转矩控制的主要优点是:在定子坐标系下对电动机进行控制，摒弃了矢量控制中的解藕思想，直接控制电动机的磁链和转矩，并用定子磁链的定向代替转子磁链的定向，避开了电动机中不易确定的参数(转子电阻)"由于定子磁链的估算只与相对比较容易测量的定子电阻有关，所以使得磁链的估算更容易、更精确，受电动机参数变化的影响也更小"此外，直接转矩控制通过直接输出转矩和磁链的偏差来确定电压矢量，与以往的调速方法相比，它具有控制直接!计算过程简化的优点"因此，直接转矩控制一问世便受到广泛关注，目前国内外围绕直接转矩控制的研究十分活跃。
三相异步电动机的建模与仿真
运动控制论文课题：异步电动机数学模型和电压空间矢量PWM控制技术研究姓名：xxxxxxxxx专业：电气工程及自动化班级：电097学号：0912002167日期：2013年3月30日摘要由于直流调速的局限性和交流调速的优越性,以及计算机技术和电力电子器件的不断发展,交流异步电动机变频调速技术正在快速发展之中。
目前广泛研究应用的交流异步电动机调速技术有恒压频比控制方式，矢量控制，直接转矩控制等。
本论文中所讨论的异步电动机调速技术叫做空间矢量脉宽调制方法(SVPWM)。
相对于直接转矩控制,它有可连续控制,调速范围宽等显著优点。
本文首先对交流异步电动机的数学模型的建立进行了详细的分析和阐述，通过对交流异步电动机的动态电磁关系的分析以及坐标变换原理概念的介绍，逐步引出了异步电动机的数学模型和在不同坐标系上的数学模型表达方程式，指出了异步电动机的模型特点是一多变量、强藕合的非线性系统。
采用MATLAB /SIMULINK软件包,实现异步电动机动态数学模型的仿真。
仿真研究显示,该方法简洁、方便、实时交互性强,能充分融合到其它控制系统中,并具有良好地扩展性。
其次阐述了异步电动机电压空间矢量PWM控制技术的原理和矢量变换方法实现的步骤，据交流电机坐标变换及矢量控制理论提出了异步电机在任意同步旋转坐标系下仿真结构图的建模设想,得出了一种按转子定向磁场下的动态结构图,利用该结构图可以方便的构成电机的仿真模型,进行仿真计算。
然后运用MATLAB软件搭建模型进行仿真分析，结果表明电机有良好的稳、动态性能。
通过对仿真软件的应用也表明在进行复杂系统设计时运用仿真工具对设计进行仿真分析是行之有效的方法，可以提高系统设计效率，缩短系统设计时间，并能够较好的进行系统优化。
经试验表明，空间电压矢量调制的方法正确可行，可调高电压利用率和系统精度。
关键词：异步电动机；矢量控制；数学模型；仿真目录摘要 (2)第1章简介 (5)1.1 课题研究的意义 (5)1.2 交流调速的发展和现状 (5)1.3 本论文的主要工作 (6)第2章异步电动机的数学模型分析................................... 错误！未定义书签。
关于异步电动机变频调速系统的仿真研究
关于异步电动机变频调速系统的仿真研究 电力传动是工业控制领域中的一个重要内容，它利用电动机将电能转变为机械能，从而满足工农业生产以及日常生活中的各种要求。
随着社会生产的不断发展，采用高水平的电动机调速系统是现代自动控制系统及其它驱动系统得以实现的关键之一。
近年来，随着电力电子技术、现代控制理论和计算机技术的迅速发展，交流调速系统正广泛应用于工业生产的各个领域，为了满足高性能的传动需要，必须对速度进行精确控制，矢量控制变频调速为满足这一要求而产生的。
1971年德国学者提出交流电动机的磁场定向控制原理，利用坐标变换将交流电动机等效为直流电动机，实现定子电流励磁分量和转矩分量的解耦，从而达到对转矩和磁链的分别控制的目的。
为了更好地了解矢量控制系统的调速性能，1 异步电动机的数学模型异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的系统，虽然可以通过坐标变换进行适当简化，但并不能改变其非线性、多变量的本质。
因此要实现高动态调速性能的控制方案，必须基于异步电机的动态模型。
根据异步电动机三相静止坐标系和两相静止坐标系之间的变换，两相静止坐标系和旋转坐标系的变换，可以推导出异步电机在d 、q 坐标系上的数学模型，这个模型只规定了d q 轴相互垂直关系以及定子频率同步的旋转速度，但未规定坐标系与电机旋转磁场的相对位置。
如果取d 轴与转子磁链矢量r φ重合，即得到按转子磁场定向的旋转坐标系。
因为q 轴与转子磁链矢量r φ垂直，因此转子磁链矢量r φ在q 轴分量为零，得到按转子磁场定向的异步电机的电压方程[1]为：111(/)0/00000000sd sd s s s m r sq sq ss s m r r m r r rd r m sl i u R L p w L L L p i u w L R L p w L L R L R L p R L w σσσσφ⎡⎤+-⎡⎤⎛⎫⎢⎥⎢⎥ ⎪+⎢⎥⎢⎥ ⎪=⎢⎥⎢⎥ ⎪-+⎢⎥⎢⎥ ⎪-⎢⎥⎢⎥⎝⎭⎣⎦⎣⎦其中，1w 为转子磁链的旋转速度，sl w 为转差角频率。
异步电动机变频调速系统的设计与仿真.
异步电动机变频调速系统的设计与仿真1. 异步电动机概述交流电动机，主要指笼式异步电动机和同步电动机。
它主要用于不需要变速的电力传动系统中，其原因是:1)不论是异步电动机还是同步电动机，唯有改变定子供电频率调速最为方便，而且可以获得优异的调速特性。
而大容量的变频电源却在长时期内没有得到很好的解决。
(2)异步电动机和直流电动机不同，它只有一个供电回路定子绕组，致使其速度控制比较困难，不像直流电动机那样通过控制电枢电压或控制励磁电流均可方便地控制电动机的转速。
然而，自20世纪50年代末开始，电气传动领域中进行着一场重要的技术革命一将原来只用于恒速传动的交流电动机实现速度控制，以取代制造复杂、价格昂贵和维护麻烦的直流电动机。
随着电力电子器件及微电子技术的不断进步以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，现在从数百瓦的伺服系统到数万千瓦的特大功率高速传动系统;从一般要求的小范围调速传动到高精度、快响应和大范围的调速传动;从单机传动到多机协调运转，几乎都可采用交流调速传动。
交流调速传动的客观发展趋势己表明，它完全可以直流传动相媲美、相抗衡，并有取代的趋势。
异步电机可以采用调压调速、改变极对数调速、串电阻调速、变频调速等。
在交流调速诸多方式中，变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式，也是交流调速的基础和主干内容。
变频装置有交一直一交系统和交一交系统两大类。
交一直一交系统在传统电压型和电流型变频器的基础上正向着脉宽调制(PWM)型变频器和多重化技术方向发展，而交一交变频器应用于低速大容量可逆系统有上升趋势现代电力电子、微电子技术和计算机技术的飞速发展，以及控制理论的完善、各种工具的日渐成熟，尤其是专用集成电路、DSP和FPGA近年来令人瞩目的发展，促进了交流调速的不断发展。
目前异步电机变频调速控制己经成为一门集电机、电力电子、自动化、计算机控制和数字仿真为一体的新兴学科。
2. 异步电机数学模型异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
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实验报告
课程名称：数字调速
实验项目：三相异步电机恒压频比调速系统仿真专业班级：自动化1303班
姓名：任永健学号：130302307 实验室号：实验组号：
实验时间：批阅时间：
指导教师：成绩：
沈阳工业大学实验报告
（适用计算机程序设计类）
专业班级：自动化1303班学号：130302307 姓名：任永健
实验名称：三相异步电机恒压频比调速系统仿真
1.实验目的：
熟悉SIMULINK环境。
建立三相异步电机恒压频比调速系统模型并仿真分析。
2.实验内容：
设计并在simulinnk下搭建三相异步电机恒压频比环调速系统
3. 实验方案（程序设计说明）
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。
4. 实验原理（系统的实现方案分析）
首先采用三相双极性SPWM逆变电路产生三相交流电源，全控型器件可以选用IGBT，这样通过调节外加直流电源的大小便可获的理想的输出交流电压源幅值，然后通过改变给定的频率信号来改变异步电机的转速，基本模型如下图所示
图 1 模型图
恒压频比变频调速系统基本原理结构如图2.7所示，系统由升降速时间设定环节，U—F曲线，SPWM调制和驱动等环节组成。
其中升降速时间设定环节G1用来限制电动机的升频速度，避免频率上升过快而造成电流和转矩的冲击，起到软启动控制的作用。
U—F曲线用于根据频率确定相应的电压，该曲线不经过原点，以保持U/F不变，并在低频时进行适当的电压补偿。
SPWM和驱动环节将根据频率和电压要求产生按正弦脉宽调制的驱动信号，控制控制逆变器以实现电动机的变压变频调速。
基本的仿真模块图如下所示
图 2 MA TLAB仿真图
5.系统仿真结果的输出及结果分析
图3 out输出波形
该图为Out示波器的仿真波形，有图形可以看出，当输入频率选择为50HZ时，前5s的时间里输出波形从0到50线性变化，有仿真模块可以计算出由于饱和上
线为10，后面存在积分环节，输入信号为50 ，
01050
t
dt=
⎰，可知t=5s。
图4 V示波器图像
该图为V示波器的仿真结果，由于取整函数的存在以及V-F的函数关系可以得知仿真结果与分析结果一致。
图5 sinA波形
以上图是sinA的仿真结果，仿真结果与分析结果一致。
图6 转速波形
上图为异步电机转速仿真图形，有图形可以看出，转速的上升曲线可以近似为一条直线，5s时的稳定速度为1500左右。
图7 电磁转矩波形
该图为电磁转矩的仿真图，由于异步电机没有负载的存在所以电磁转矩近似为0
图8 Uab 波形
该图为Uab的有效值波形，由该图可知，随着时间的增加，频率的上升，Uab 有效值也随之上升，这样才能保证U/F的值保持恒定，仿真结果与分析结果相同。
图9 Uab实际输出波形
该图为Uab实际输出波形，符合双极性SPWM输出波形的规律。
当输入频率为40HZ时，转速输出波形为下图所示
图10 40HZ转速波形
当输入频率为30HZ时，转速输出波形为下图所示：
图11 30HZ转速波形
当输入频率为20HZ时的转速波形如下图所示：
图12 20HZ转速波形
：
6．实验总结
从上图仿真的波形可以看的出，实际波形非常接近于理论分析的波形，根据三相调制信号，PWM 发生器产生逆变器驱动脉冲，经逆变器得到频率跟幅值可调的三相电压，使交流电动机按给定的要求起动和运行。
在给定频率为50Hz ，起动时间为5s 的情况下，仿真结果如以上各图所示，由波形可以得到，在频率变化的边界上，正玄调制的信号和转速波形都发生了不同程度的畸变，这是因为频率变化的时刻不一定发生在一个调制信号的周期末尾，在周期信号还未结束的时候，频率就已经发生了跳变，就可能使得下一个信号的前半个周期变得宽或者窄，是相应的一周期频率变小或者变大，观察图形可知系统比较稳定，并且可以通过电压频率协调控制调节转速，符合设计要求。
交流变频调速系统是恒转矩调速，但交流变频调速调速范围比较大，调速性能比较好，效率也更高。
交流调频调速属于转差不变型调速系统，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变。
所以变频调速应用更广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流。
附件A 沈阳工业大学实验报告
（适用计算机程序设计类）
专业班级：自动化1303班学号：130302307 姓名：任永健实验步骤或程序：。