基于MATLAB三相异步电动机调压调速系统设计(精)
华侨大学
电气工程及其自动化课程设计
题目 :异步电动机调压调速 MATLAB 仿真班级:电气 C 班学号:0915331063
学生姓名:朱少斌
指导教师:黄老师
2013年 5月 4号
一、设计任务
1、了解并熟悉双闭环三相异步电机调压调速原理及组成。
2、学习 SIMULINK,熟悉相关的模块功能。
3、进一步理解交流调压系统中电流环和转速环的作用。
二、设计要求
1、利用 SIMULINK 建立闭环调速系统仿真模型。
2、调试完成调压模块仿真、开环系统仿真、闭环系统仿真。
三、实验设备
1、计算机一台
2、 MATLAB 仿真软件
四、实验原理
调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。理论依据来自异步电动机的机械特性方程式:
其中, p 为电机的极对数;
w1为定子电源角速度;
U1为定子电源相电压;
R 2’为折算到定子侧的每相转子电阻;
R 1为每相定子电阻;
L 11为每相定子漏感;
L 12为折算到定子侧的每相转子漏感;
S 为转差率。
图 1 异步电动机在不同电压的机械特性
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。
1、调压电路
改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。目前广泛采用的交流调压器由晶闸管等器件组成。它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。这里采用三相全波星型联接的调压电路。
图 2 调压电路原理图
2、开环调压调速
开环系统的主电路由触发电路、调压电路、电机组成。原理图如下:
图 3 开环调压系统原理图
AT 为触发装置,用于调节控制角的大小来控制晶闸管的导通角,控制晶闸管输出电压来调节加在定子绕组上的电压大小。 3、闭环调压调速
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。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。
图 4 闭环调速结构图
图 5 闭环调速系统原理图
五、仿真内容 1、调压电路
1 、调压电器的仿真模型
图 5-9 调压调速系统静态结构框图
图 6 (a 利用单个晶闸管元器件搭建的三相交流调压器的仿真模型 (b图的封装模型 2 、调压电路的搭建
图 7 调压电路模型
3 、参数的设定
Frequency of synchronization voltages(Hz:同步电压频率(赫兹 50Hz Pulse width(degrees:触发脉冲宽度(角度 10
Double pulsing:双脉冲出发选择。
RLC 负载的参数设定:电阻100Ω,电感 0H ,电容的值为 0F
UA :峰值 220v,f 为 50Hz, 初相位为 0°
UB :峰值 220v,f 为 50Hz, 初相位为 -120°
UC :峰值 220v,f 为 50Hz, 初相位为 +120°
4 电阻负载的仿真图形
a 触发角α为 45° b触发角α为 60°图 8 三相交流调压器的输出电压波形
在电阻负载时三相交流调压器的输出电压仿真结果如图 8所示。其中图 8a 为α=45°时调压器输出的波形,图 8b 所示为α=60°时调压器输出的波形。通过比较 a 和
b 可以发现,随着触发角的增加, 同时有三个晶闸管导通的区间逐步减小, 到α>=60°时,任何晶闸管都只有两相晶闸管导通。
2、异步电动机带风机泵类负载开环调压调速模块 1参数设定
由公式 Tz=kn2可推出 k=Tz/n2
电机参数额电压 220v 频率为 50Hz 极对数 2对容量为 2238VA 同步转速为1800转 /分钟
可以计算 k=0.000003665
UA :峰值 180v,f 为 60Hz, 初相位为 0°
UB :峰值 180v,f 为 60Hz, 初相位为 -120°
UC :峰值 180v,f 为 60Hz, 初相位为 +120°
图 9 开环系统仿真模型
1触发角α为 60°时得到的转速
图10 α=60°时电机转速变化的过程
由图中可以观察到当触发角为 60°时,转速稳定在 1712转 /分钟,转速在 0.9s 时达到稳定状态。
2触发角α为 75°时得到的转速
图11 α=75°时电机转速变化的过程
由图中可以观察到当触发角为 75°时,转速稳定在 1660转 /分钟, 转速在 1.6s 时达到稳定状态。
分析 :
通过比较图 10和图 11的触发角α为 60°和 80°时可以发现:随着α的增大,使得输出电压降低,使转速下降,从而达到调速的目的。
3 改变电源电压, 电源电压为 150v, 触发角α为 60°时得到的转
速
图 12 电源电压为150v α=60°时电机转速变化的过程由图中可以观察到当触发角为 60°时,转速稳定在 1660转 /分钟, 转速在 1s 时达到稳定状态。
分析:
通过比较图 11和图 13可以发现,在相同的触发角不同的电
源电压下,电源电压的降低会使转速下降。同时也可以得到通过改变电源电压的大小来实现调速的可行性。
3、闭环调压
图 13 闭环调压调速系统仿真模型
异步电动机速度负反馈闭环调压调速系统的仿真模型如下所示, 将速度给定值(1200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电压的大小。因此, 改变速度给定值就改变了电机的转速。由于采用了速度负反馈从而实现了平稳平滑的无级调速。同时负载发生变化时, 通过速度负反馈, 能制动调整加在定子绕组上的电压的大小, 由速度调节器输出的控制电压使晶闸管触发脉冲迁移, 是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。
PI 设置:比例环 4,电流环 0.1,输出限幅 [60, -60]。
控制角调节范围 0~120.
图 14 闭环转速特性
图 14是电压为 180v ,转速给定为 1420,从图中可以可以发现转速给定为 1420,转速在 0.5s 时达到稳定状态,转速维持在 1420,从中可以得出转速跟随给定变化。
以下是给定 1350在 1.4S 时给 60阶跃的转速、控制角、负载转矩。
图 14 转速
从图 15可以发现转速在 0.45s 时达到稳定, 在 0.45s 到 1.4s 时转速
稳定在 1350转 /分钟, 到 1.4s 时给了一个终值为 60的阶跃, 可以发现转速跟随给定变化
图 15 控制角
从图 16可以直观的看到控制角在随着给定的变化而变化,从而实现调速。
图 17 转矩
开始时,转速为 0,负载转矩为 0,反馈因输出限幅为 -60,经 60偏置使得输入控制角为 0, 定子绕组电压为电源电压。随着转速的上升,负载转矩增大,反馈在一定范围内依旧为 0. 经 0.6秒后转速稳定在 1350,负载转矩、控制角也保持稳定。再过
0.8秒,给定增加 60,经反馈,减小控制角,增大电压提高转速,负载转矩随之增大,在
1.6秒内保持稳定。
六、总结体会
对于整个系统,因为课题要求是调压调速,所以首先从调压器开始设计, 使用利用单个晶闸管元器件搭建的三相交流调压器的仿真模型, 再将该模块进行封装。先观察带电阻负载时, 调压器输出的波形, 通过修改参数使得调压器输出的波形与理论相同。接着, 异步电动机带风机泵类负载开环调压调速。然后,确定调速系统采用闭环控制, 整个系统可以实现转速负反馈调节, 使系统的性能大大提高。通过此次
设计让我对 matlab 的 simulink 模块有了更深的了解, 对调压调速的特性也有了更深层次的认识。
七、参考文献
【 1】王忠礼,段慧达,高玉峰。 MATLAB 应用技术 [M].北京 :清华大学出版社, 2007.1
【 2】阮毅,陈伯时主编。电力拖动自动控制系统 [M].北京:机械工业出版社, 2009.8
【 3】马宏忠,方瑞明,王建辉。电机学 [M].北京:高等教育出版社, 2009.1
MATLAB程序设计及经典例题解析3
MATLAB程序设计 用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。M文件可以根据调用方式的不同分为两类：命令文件(Script File)和函数文件(Function File)。 例3-1 分别建立命令文件和函数文件，将华氏温度f转换为摄氏温度c。 程序1：首先建立命令文件并以文件名f2c.m存盘。 clear; %清除工作空间中的变量 f=input('Input Fahrenheit temperature：'); c=5*(f-32)/9 然后在MATLAB的命令窗口中输入f2c，将会执行该命令文件，执行情况为： Input Fahrenheit temperature：73 c =22.7778 程序2：首先建立函数文件f2c.m。 function c=f2c(f) c=5*(f-32)/9 然后在MATLAB的命令窗口调用该函数文件。 clear; y=input('Input Fahrenheit temperature：'); x=f2c(y) 输出情况为： Input Fahrenheit temperature：70 c =21.1111 x =21.1111 3.1.2 M文件的建立与打开 M文件是一个文本文件，它可以用任何编辑程序来建立和编辑，而一般常用且最为方便的是使用MATLAB提供的文本编辑器。
1．建立新的M文件 为建立新的M文件，启动MATLAB文本编辑器有3种方法： (1) 菜单操作。从MATLAB主窗口的File菜单中选择New菜单项，再选择M-file命令，屏幕上将出现MATLAB 文本编辑器窗口。 (2) 命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令edit，启动MATLAB文本编辑器后，输入M文件的内容并存盘。 (3) 命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏上的New M-File命令按钮，启动MATLAB文本编辑器后，输入M文件的内容并存盘。 2．打开已有的M文件 打开已有的M文件，也有3种方法： (1) 菜单操作。从MATLAB主窗口的File菜单中选择Open命令，则屏幕出现Open对话框，在Open对话框中选中所需打开的M文件。在文档窗口可以对打开的M文件进行编辑修改，编辑完成后，将M文件存盘。 (2) 命令操作。在MATLAB命令窗口输入命令：edit 文件名，则打开指定的M文件。 (3) 命令按钮操作。单击MATLAB主窗口工具栏上的Open File命令按钮，再从弹出的对话框中选择所需打开的M文件。 3.2 程序控制结构 3.2.1 顺序结构 1．数据的输入 从键盘输入数据，则可以使用input函数来进行，该函数的调用格式为： A=input(提示信息，选项)； 其中提示信息为一个字符串，用于提示用户输入什么样的数据。 如果在input函数调用时采用's'选项，则允许用户输入一个字符串。例如，想输入一个人的姓名，可采用命令： xm=input('What''s your name?','s'); 2．数据的输出 MATLAB提供的命令窗口输出函数主要有disp函数，其调用格式为
矩量法matlab程序设计实例
矩量法m ａtla ｂ程序设计实例： Ha ｌlen 方程求对称振子天线 一、条件与计算目标 已知: 对称振子天线长为Ｌ,半径为a ，且天线长度与波长得关系为,，设,半径a=0、０００0001，因此波数为。 目标： 用H ａll ｅn 方程算出半波振子、全波振子以及不同值得对应参数值。 求:（1）电流分布 （2）E 面方向图 (二维）,H 面方向图（二维）,半波振子空间方向性图(三维） 二、对称振子放置图 图1 半波振子得电流 分布 半波振子天线平行于z 轴放置，在ｘ轴与ｙ轴上得分量都为零，坐标选取方式有两种形式，一般选取图1得空间放置方 式。图１给出了天线得电流分布情况，由图可知，当天线很细时,电流分布近似正弦分布。 三、Ha ｌｌen 方程 得解题思路 ()()()()2 1 ' ' ' ' 12,cos sin sin 'z z i z z z z i z k z G z z dz c kz c kz E k z z dz j ωμ'++=-?? 对于中心馈电得偶极子，Hallen 方程为 ()22'1222 ('),'cos sin sin ,2L L i L L V i z G z z dz c kz c kz k z z j η + -- ++= <<+? 脉冲函数展开与点选配，得到 ()1121 ,''cos sin sin ,1,2,,2n n N z i n m m m m z n V I G z z dz c kz c kz k z m N j η +''=++= =???∑? 上式可以写成 矩阵形式为 四、结果与分析 （1）电流分布
matlab程序设计例题及答案
1.编写程序：计算1/3+2/5+3/7+……+10/21 法一： s=0; for i=1:10 s=s+i/(2*i+1); end s s = 4.4096 法二： sum((1:10)./(3:2:21)) ans = 4.4096 2.编写程序：计算1~100中即能被3整除，又能被7整除的所有数之和。 s=0; for i=1:100 if mod(i,3)==0&&mod(i,7)==0 s=s+i; end,end s s = 210 3.画出y=n！的图（1<=n<=10）,阶乘的函数自己编写，禁用MATLAB自带的阶乘函数。 x=1:10; for i=1:10 try y(i)=y(i-1)*i; catch y(i)=1; end,end plot(x,y)
12345678910 0.511.522.533.54x 10 6 4.一个数恰好等于它的因子之和，这个数就称为完数。例如，6的因子为1，2,3，而6=1+2+3，因此6就是一个完数。编程找出2000以内的所有完数。 g=[]; for n=2:2000 s=0; for r=1:n-1 if mod(n,r)==0 s=s+r; end end if s==n g=[g n]; end end g g =6 28 496
5.编写一个函数，模拟numel函数的功能，函数中调用size函数。 function y=numelnumel(x) m=size(x); y=m(1)*m(2); numelnumel([1 2 3;4 5 6]) ans = 6 6. 编写一个函数，模拟length函数的功能，函数中调用size函数。 function y=lengthlength(x) m=size(x); y=max(m(1),m(2)); lengthlength([1 2 3;4 5 6]) ans = 3 7.求矩阵rand（5）的所有元素和及各行平均值，各列平均值。 s=rand(5); sum=sum(sum(s)) mean2=mean(s,2) mean1=mean(s) sum = 13.8469
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MATLAB 程序设计方法及若干程序实例 樊双喜 (河南大学数学与 信息科学学院开封475004) 摘要本文通过对 MATLAB 程序设计中的若干典型问题做简要的分析和总结,并在此基础上着重讨论了有关算法设计、程序的调试与测试、算法与程序的优化以及循环控制等方面的问题.还通过对一些程序实例做具体解析,来方便读者进行编程训练并掌握一些有关MATLAB 程序设计方面的基本概念、基本方法以及某些问题的处理技巧等.此外,在文章的最后还给出了几个常用数学方法的算法程序, 供读者参考使用.希望能对初学者进行 MATLAB 编程训练提供一些可供参考的材料,并起到一定的指导和激励作用,进而为MATLAB 编程入门打下好的基础. 关键字算法设计；程序调试与测试；程序优化；循环控制 1 算法与程序 1.1 算法与程序的关系算法被称为程序的灵魂,因此在介绍程序之前应先了 解什么是算法.所谓算 法就是对特定问题求解步骤的一种描述.对于一个较复杂的计算或是数据处理的问题,通常是先设计出在理论上可行的算法,即程序的操作步骤,然后再按照算法逐步翻译成相应的程序语言,即计算机可识别的语言. 所谓程序设计,就是使用在计算机上可执行的程序代码来有效的描述用于解决特定问题算法的过程.简单来说,程序就是指令的集合.结构化程序设计由于采用了模块分化与功能分解,自顶向下,即分而治之的方法,因而可将一个较复杂的问题分解为若干子问题,逐步求精.算法是操作的过程,而程序结构和程序流程则是算法的具体体现. 1.2MATLAB 语言的特点 MATLAB 语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极其丰富,其语法规则与科技人员的思维和书写习惯相近,便于操作.MATLAB 程序书写形式自由,利用其丰富
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例如，6的因子为1，2,3，而6=1+2+3，因此6就是一个完数。编程找出20XX以内的所有完数。 g=; for n=2:20XX s=0; for r=1:n-1 if mod(n,r)==0 s=s+r; end end if s==n g=[g n]; end end g g =6 28 496 5.编写一个函数，模拟numel函数的功能，函数中调用size函数。 function y=numelnumel(x) m=size(x); y=m(1)*m(2); numelnumel([1 2 3;4 5 6]) ans = 6 6. 编写一个函数，模拟length函数的功能，函数中调用size函数。 function y=lengthlength(x) m=size(x); y=max(m(1),m(2)); lengthlength([1 2 3;4 5 6]) ans = 3