转速闭环恒压频比异步电动机控制系统仿真

运动控制系统课程设计

信息科学与工程学院

2018年6月

《运动控制系统》课程设计报告感应电动机恒压频比控制设计与仿真

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目录

1. 前言 (4)

1.1 背景介绍 (4)

1.2 开发背景的选用及介绍 (4)

2.基本原理 (4)

2.1 异步电动机的恒压恒频调速原理分析 (4)

2.2 机械特性 (5)

2.3 系统原理图 (6)

2.4 恒压频比变频调速系统的仿真模型 (7)

2.5 主电路参数的计算 (7)

2.6 部分参数的设置图 (7)

2.7 控制器设计 (9)

3.仿真结果 (9)

4.心得体会 (12)

5.参考文献 (13)

1.前言

本课程设计报告是基于中南大学电气工程及其自动化专业运动控制系统课程设计《感应电动机恒压频比控制设计与仿真》所写。报告内容贴合课程设计内容，满足题意，充分展示了课程设计的结果。

本报告内容涵盖设计背景，开发背景，调速原理分析，系统原理图，仿真模型介绍，参数设置，控制器设置和仿真结果

1.1 背景介绍

恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的控制方式，一般变频调速装置都带有这项功能，恒压频比的工作方式能满足大多数场合交流异步电动机调速控制的要求，并且使用更方便，是通用变频器的基本方式。采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中可以保持电动机气隙磁通基本不变，在恒定负载情况下（恒转矩），电动机在变频调速过程中的转差率基本不变，所以电动机的机械特性较硬，电动机有较好的调速性能。

1.2 开发背景的选用及介绍

MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB的仿真部分，其包含各种丰富的工具箱，是涉及数值分析的各类工程师不可不用的工具。

本课程设计即选用Simulink部分来进行仿真实验，最终得出实验结果和结论。

2.基本原理

2.1 异步电动机的恒压恒频调速原理分析

n一定时，同变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一种调速方法，在极对数

p n随频率变化，即

步转速

1

p

p n n f πω26060n 1

11==

而由于 m N s g s k N f E U φ1s 44.4== ，则只要控制好g E 和1f ，便可达到控制气隙磁通的目的。

当异步电动机在基频(额定频率)以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费;如果磁通过大，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。由此可见，最好是保持每极磁通量m φ为额定值m N φ不变。当频率1f 从额定值N f 1向下调节时，必须同时降低E,使

常值==mN N g s k N f E φs 1

44.4

即在基频以下采用电动势频率比为恒值的控制方式。

在基频以上调速时，频率从N f 1向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压s U 不能随之升高，最多只能保持额定电压sN U 不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。

2.2 机械特性

在基频以下采用恒压频比控制时，异步电动机的机械特性方程可以改写为

()

()

2

112

2

2

2

21121

123''e p l l U s R T n sR R s L L ωωω

⎛⎫

= ⎪

+++⎝⎭

当s 很小时，可忽略分母中含s 各项，则

s R s U n Te r

s

p ∝≈')(

31

2

1

ωω

转速降落为 e s p

e r p T U n T R s n sn ∝≈=

=∆21211)('10260

n ωπωπ ，对于同一转矩，转速基本不变，也就是说，机械特性基本与频率成一次函数的关系。

转差功率为 2122

1s )

(3'P s

p e r p e m U n T R s n T sP ωω≈==与转速无关，故称作为转差

功率不变型调速方法。

当s 很小的时候，转矩近似与s 成正比，机械特性

e

T =f （s ）是一段直线，当 s 接近

1时，转矩近似与s 成反比，这时 e T

=f （s ）是对称于原点的一段双曲线

当 s 为以上两段的中间数值时，机械特性从直线过度到双曲线